ANÁLISE DAS VARIÁVEIS OPERACIONAIS DE UM PROCESSO DE...

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA

FRANCISCO ELPÍDIO VIANA BARBOSA

ANÁLISE DAS VARIÁVEIS OPERACIONAIS DE UM

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PAPEL VISANDO

MAIOR EFICIÊNCIA DA OPERAÇÃO

ANALYSIS OF OPERATING VARIABLES IN A

PAPERMAKING PROCESS AIMING AT A HIGHER

OPERATION EFFICIENCY

CAMPINAS – SP

2015

FRANCISCO ELPÍDIO VIANA BARBOSA

ANÁLISE DAS VARIÁVEIS OPERACIONAIS DE UM PROCESSO DE

PRODUÇÃO DE PAPEL VISANDO MAIOR EFICIÊNCIA DA OPERAÇÃO

Orientador: Prof. Dr. José Vicente Hallak d’Angelo

Coorientador: Prof. Dr. Roger Josef Zemp

CAMPINAS – SP 2015

Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas como parte os requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre na Área de Engenharia Química

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO FRANCISCO ELPÍDIO VIANA BARBOSA E ORIENTADA PELO PROF. DR. JOSÉ VICENTE HALLAK D’ANGELO

Dissertação de Mestrado defendida pelo aluno Francisco Elpídio Viana Barbosa

em 19 de Novembro de 2015 e aprovada pela Comissão Avaliadora constituída

pelos seguintes Doutores:

Prof. Dr. Roger Josef Zemp

(Co-Orientador, FEQ/UNICAMP)

Prof. Dr. Adriano Pinto Mariano

(FEQ/UNICAMP)

Dr. Vinícius Bohrer Lobosco Gonzaga de Oliveira

(Suzano Papel e Celulose)

A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros da Comissão

Avaliadora encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno.

À minha esposa Maria Helena e aos meus filhos Francisco e Rodrigo,

pelo incentivo permanente para a conclusão deste trabalho.

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. José Vicente Hallak d’Angelo, em primeiro lugar, por sua incansável

dedicação, paciência e amizade na orientação e no desenvolvimento deste trabalho.

A todos os meus professores das disciplinas do Curso de Mestrado que, sem dúvida,

muito me ajudaram nesta trajetória.

A todos os colegas do Curso de Mestrado, pelo companheirismo e amizade.

À International Paper, pela oportunidade para me dedicar e realizar este trabalho a

partir de estudos de casos em seus processos industriais e aos colegas que participaram e

ajudaram nos desenvolvimentos.

Finalmente, quero agradecer à minha família que sempre acreditou na minha

disposição e perseverança na busca deste ideal e incondicionalmente me apoiou, não medindo

esforços em ajudar-me para que eu pudesse alcançar este objetivo.

Ninguém ignora tudo. Ninguém sabe tudo.

Todos nós sabemos alguma coisa.

Todos nós ignoramos alguma coisa.

Por isso aprendemos sempre. Paulo Freire

RESUMO

Diversos processos produtivos possuem alto grau de complexidade em relação à

natureza de seus componentes e das interações entre eles, assim como da forma de controle

dos parâmetros interdependentes ou não, para o alcance e manutenção de requisitos

predefinidos para a qualidade do produto e para o próprio processo. Este trabalho foi

motivado pela busca da compreensão das relações existentes entre determinadas variáveis

operacionais e a produtividade de máquinas de papel, produzindo papéis brancos de imprimir

e escrever, em processo alcalino, utilizando celulose branqueada de eucalipto e carbonato de

cálcio precipitado como carga mineral, além de outros aditivos usualmente empregados neste

tipo de processo. O principal objetivo desta dissertação foi analisar as principais variáveis

operacionais de um processo industrial de produção de papel, visando identificar seus efeitos

práticos sobre a eficiência da produção a fim de sugerir condições ótimas de operação. Foram

avaliados os seguintes efeitos: da formação da folha e da condutividade da polpa no índice de

quebras da máquina; utilização de sílica coloidal, em substituição a uma micropartícula

orgânica, como agente de retenção e drenagem, no aumento do desaguamento da folha

durante a fabricação do papel; redução do grau de refinação da polpa combinada com o

aumento da prensagem sobre o aumento do desaguamento da folha, durante a fabricação de

papel. Os impactos diretos e indiretos dessas variáveis foram examinados a partir de

resultados de testes industriais e de dados do processo e de pesquisa laboratorial. A

deterioração da formação da folha provocou aumento no número de quebras de folha na

máquina. O aumento da condutividade da celulose implicou em importante aumento de

quebras de folha. A reversão destes processos de perda só aconteceu com o restabelecimento

dos valores conhecidos, quando o índice de formação da folha voltou ao nível de 67 unidades

Kajaani, no primeiro caso estudado, e a condutividade da polpa ao patamar de 280 µS, no

segundo estudo, fazendo com que as máquinas de papel alcançassem eficiência de tempo de

96%. A sílica coloidal mostrou-se interessante alternativa à micro-partícula orgânica, no

processo de retenção e drenagem analisado. A redução do grau de refinação da polpa e o

aumento da prensagem da folha, de forma combinada, promoveram também aumento da

drenagem da folha. Nestes dois casos de melhoria do processo, o teor de sólidos da folha,

deixando a sessão de prensas, aumentou em 1,5 e 3,0 pontos percentuais, respectivamente,

resultando em, pelo menos, 2% em aumento de produtividade da máquina estudada.

Palavras-chave: máquina de papel, produtividade, formação, condutividade, desaguamento,

quebras.

ABSTRACT

Several productive processes have high degree of complexity regarding the nature

of their components and the interactions to themselves as well as the control way for the

interdependent or not parameters, in order to achieve and sustain the predefined requirements

related to product quality and to the process itself. This work was motivated by the

comprehension of the existing relation between determined operational variables and the

papermachine productivity, when producing printing and writing papers, in alkaline process,

using eucalyptus bleached pulp and precipitated calcium carbonate as filler, besides other

usual chemicals for this type of process. The main objective of this dissertation is to analyze

operational variables in a printing and writing paper industrial process, with purpose of

identifying practical effects of them on the production efficiency to suggest optimized

operational conditions. Since this general objective, specific objectives were defined in order

to evaluate the effects of the sheet formation as well as the pulp conductivity effects on the

papermachine breaks index; the effects of the colloidal silica, in place of an organic

microparticle, as retention and drainage agent, as well as the effects of pulp refining reduction

combined with web pressing increase, on the web drainage. Direct and indirect impacts of the

studied variables were examined since the industrial trial results as well as from the industrial

process data. Laboratorial survey related to retention and drainage was also conducted to

support industrial test. The sheet formation deterioration clearly provoked increase in the

sheet breaks index. The increase noted on the pulp conductivity also increased importantly the

sheet breaks. The reversion of these loss processes only happened with the reestablishing of

the known values for those referred parameters which means: sheet formation back to 67

Kajaani units, in the first studied case, and the pulp conductivity to the 280 micro Siemens, in

the second study. So, the studied papermachines returned to the time efficiency level of 96%.

Colloidal silica was demonstrated to be an interesting alternative to the organic microparticle

for the analyzed retention and drainage process. The reduction of the pulp refining combined

with web pressing increase provided higher web drainage. In these two process improvement

cases, the web dryness, from the press section, was respectively increased in 1,5 and 3,0

percentage points, resulting in at least 2% increase in the studied papermachine productivity.

The analysis conducted in this dissertation show the influence of the studied variables on the

production performance of a papermachine as well as the benefits associated to the

appropriated adjustment of those variables.

Keywords: papermachine, productivity, formation, conductivity, drainage, breaks.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Evolução da Produção Brasileira de Celulose 19

Figura 1.2 Evolução da Produção Brasileira de Papel 19

Figura 1.3 Balança Comercial do Setor de Celulose e Papel 19

Figura 2.1 Desenho esquemático da transformação da madeira no processo 27

Figura 2.2 Diagrama de Fluxo de um Processo Kraft 28

Figura 2.3 Sistema típico de fabricação de papel 30

Figura 2.4 Desenho esquemático da máquina de papel de imprimir e escrever 30

Figura 2.5 Circuito de aproximação e pontos de aplicação de aditivos. 31

Figura 2.6 Grau de refinação x Energia aplicada às fibras 32

Figura 2.7. Resistência à tração x Grau de refinação 32

Figura 2.8 Índice de Retenção de Água (IRA) x Energia Aplicada às Fibras 33

Figura 2.9 “Dynamic Drainage Jar” 38

Figura 2.10 Representação esquemática partícula coloidal em suspensão 42

Figura 2.11 Efeito da sílica no desaguamento 43

Figura 2.12 Efeito da sílica na remoção de água na seção de prensas 43

Figura 2.13 Diferença entre filtração e espessamento 45

Figura 2.14 Representação esquemárica de flutuação de retenção de sólidos 47

Figura 2.15 Padrões de formação da folha de papel 48

Figura 2.16 Desenho esquemático de pontes de hidrogênio entre fibras 49

Figura 2.17 Resistência da folha úmida de polpa sulfito refinada 51

Figura 2.18 Resistência da folha úmida - celulose em suspensão e celulose seca 51

Figura 2.19 Resistência da folha úmida idealizada por Brecht e Erfurth 52

Figura 2.20 Resistência da folha úmida versus seu teor de sólidos 53

Figura 2.21 Desenho esquemático da consolidação da folha úmida de papel 55

Figura 2.22 Desenho esquemático do fenômeno causado pela contração fibra durante

a secagem 55

Figura 2.23 Fases do processo de prensagem da folha de papel 56

Figura 2.24 Índice de retenção de água versus teor de sólidos da folha 57

Figura 2.25 Grau de refinação da polpa e teor de sólidos da folha 58

Figura 4.1 Formação e Resistência ao Estouro - Médias diárias 69

Figura 4.2 Regressão linear: Formação e Resitência ao estouro 70

Figura 4.3 Regressão linear: Formação e Resistência ao estouro (Mullen) 70

Figura 4.4 Resistência ao estouro e Nº Quebras da folha 71

Figura 4.5 Regressão linear: Nº Quebras e Resistência ao estouro 72

Figura 4.6 Índice de formação e Nº Quebras da folha 72

Figura 4.7 Regressão linear: Nº Quebras e Formação 73

Figura 4.8 Nº de Quebras de folha em função do Mullen e da Formação 73

Figura 4.9 Passe 3ª Prensa/1º Grupo e Nº Quebras da folha 74

Figura 4.10 Regressão linear: Passe 3ª Prensa/1º Grupo e Nº Quebras 74

Figura 4.11 Influência da e Relação jato/tela na formação 76

Figura 5.1 Condutividade da celulose e Nº de Quebras – Médias mensais 80

Figura 5.2 Regressão linear: Nº Total de quebras e Resistência ao estouro 81

Figura 5.3 Condutividade da celulose e Eficiência total das máquinas 81

Figura 5.4 Influência da retenção de cargas na produção de papel 84

Figura 5.5 Influência da retenção de cargas no Nº quebras de folha 84

Figura 5.6 Influência da retenção de cargas das perdas de CaCO3 85

Figura 5.7 Evolução da % PCC no papel 85

Figura 5.8 Efeito da aplicação do polímero (APAA) na retenção 86

Figura 5.9 Efeito do aumento da retenção na sua variabilidade (COV1σ ) 86

Figura 5.10 Efeito da retenção na drenabilidade da polpa 87

Figura 5.11 Efeito da retenção na variabilidade da °CSF 88

Figura 5.12 Efeito da retenção na alcalinidade na sua variabilidade (COV1σ ) 88

Figura 6.1 Desenho esquemático de um “Gap Former” 92

Figura 6.2 Efeitos da aplicação de sílica na retenção e drenagem 95

Figura 6.3 Momento da interrupção da micropartícula orgânica 96

Figura 6.4 Passe (%) entre a 3ª e 4ª prensas 97

Figura 6.5 Consumo específico de vapor 97

Figura 6.6 Teor de sólidos da folha na saída da 3ª prensa 98

Figura 6.7 Grau Shopper Riegler - caixa de entrada 99

Figura 6.8 Permeabilidade da folha à passagem de ar 99

Figura 7.1 Efeito da prensagem na resistência ao estouro, durante redução do grau

de refinação 109

Figura 7.2 Efeito da prensagem no passe entre a 3ª e 4ª prensas e na porosidade do

papel, durante redução do grau de refinação 110

Figura 7.3 Influência do grau de refinação no volume específico do papel 111

Figura 7.4 Velocidade da MP e % sólidos na saída da 3ª prensa 112

Figura 7.5 Correlação entre velocidade da MP e % sólidos na saída da 3ª prensa 112

Figura 7.6 Nº Quebras da MP e % sólidos na saída da 3ª prensa 113

Figura 7.7 Correlação Nº Quebras da MP e % sólidos na saída da 3ª prensa 114

Figura 7.8 Σ Cargas dos Nips e % sólidos na saída da 3ª prensa 114

Figura 7.9 Correlação entre Σ Cargas dos Nips e % sólidos na saída da 3ª prensa 115

Figura 7.10 Grau de Refinação e % sólidos na saída da 3ª prensa 115

Figura 7.11 Correlação entre grau de refinação e % sólidos na saída da 3ª prensa 116

Figura 7.12 Grau de refinação e Porosidade do Papel 116

Figura 7.13 Correlação entre Grau de refinação e Porosidade do papel 117

Figura 7.14 Teor de sólidos em função do grau de refinação e Σ cargas das prensas 117

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 Produtos do Agronegócio – Exportações x Área Plantada-2011 19

Tabela 1.2 Impacto financeiro em função de quebras e velocidade de operação da

máquina de papel 21

Tabela 3.1 Casos estudados neste trabalho e descrição de seus objetivos e variáveis 66

Tabela 6.1 Características da máquina e processo em análise 92

Tabela 7.1 Resumo dos resultados do teste industrial Nº1 107

Tabela 8.1 Valores de referência das variáveis analisadas 121

LISTA DE SIGLAS

ABTCP Associação Brasileira Técnica de Celulose e Papel

APAA Anionic Poliacrilamide – poliacrilamida aniônica

BET Brunauer, Emmett, Teller - método de medição de área superficial específica Bracelpa Associação Brasileira de Celulose e Papel

Co Lado de comando ou de serviço da máquina de papel CSF Canadian Standard Freeness – drenabilidade da polpa de celulose DDJ Britt Dymamic Drainage Jar – equipamento de medição de retenção e

drenagem

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

MP Máquina de papel

Nip Área de contato entre dois rolos que se opõem em pressão

OBA Optical Brightner Agent – alvejante óptico

OME total Eficiência global ponderada do total de máquinas consideradas

PCC Precipitated Calcium Carbonate – carbonato de cálcio precipitado

SR Schopper Riegler - drenabilidade da polpa de celulose

TAPPI Technical Association of Pulp and Paper Industry

TIP Tappi Technical Information Paper

Tr Lado da transmissão ou do acionamento da máquina de papel

UHLE Box Caixa de vácuo do sistema de condicionamento dos feltros úmidos

US$ MM. Milhões de dólares americanos

NOMENCLATURA % PCC Teor de carbonado de cálcio ou de carga mineral no papel (%)

°CSF Canadian Standard Freeness – grau drenabilidade da suspensão (mL)

°SR Schopper Riegler – grau drenabilidade da suspensão (mL)

Alc Alcalinidade da água branca (ppm CaCO3)

Cab Consistência da bandeja ou calha de água branca (%)

Cc Condutividade da celulose (micro-Siemens/cm ou µS/cm)

Cce Consistência da caixa de entrada (%)

COVnσ Coeficiente de variação relativo a “n” desvios padrão (%)

Cv Consumo específico de vapor da máquina de papel (kg de vapor/kg de papel)

Ep Eficiência de produto, produto dentro das especificações/total produzido (%)

Er Energia líquida de refinação (kWh/ton)

Et Eficiência de tempo, tempo de produção/tempo disponível para produção (%)

Fd Drenagem da suspensão (g água/seg)

FSP Ponto de saturação da fibra (g de água/100g de fibras)

IP Impulso de prensagem (MPa.seg)

IP Relação entre a carga da prensa e a velocidade da máquina de papel (MPa.seg)

IRA Índice de retenção de água (g de água/100g de fibras, g de água/g de fibras)

Kajaani Index Índice de formação da folha (unidades Kajaani)

Lpcc Perda de carbonato de cálcio para o efluente

Mullen Resistência do papel ao estouro (lb/in2, kPa)

OME Overall Machine Efficiency eficiência global de uma máquina: ET = Et x Ep (%)

Passe Diferença de velocidade entre seções da máquina de papel (%)

Pd Produção diária (t/d)

Pe Permeabilidade Gurley ou porosidade Gurley do papel (seg/100ml)

Ph Taxa de produção horária (t/h)

Pm Produção mensal (t/m)

Pv Pressão do vapor (psi)

Quebras Quebras da folha de papel (N° quebras/dia ou Nº quebras/mês)

RSP Retenção de Simples Passagem (%)

RSPC Retenção de simples passagem de cinzas ou de cargas (%)

tq Tempo de quebra (min)

TS Teor de sólidos da suspensão ou da folha úmida (%)

V Velocidade da máquina de papel (mpm)

Vj Velocidade do jato (mpm)

Vj/Vt Relação entre velocidades do jato e da tela

Vt Velocidade da tela (mpm)

WRV Índice de retenção de água (g de água/100g de fibras, g de água/g de fibras)

WWS Resistência da folha úmida (N/m)

Xm Valor médio da variável

Letras gregas:

σ Desvio padrão

SUMÁRIO RESUMO ............................................................................................................................................... 08

ABSTRACT ........................................................................................................................................... 09

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................................ 10

LISTA DE TABELAS ........................................................................................................................... 13

LISTA DE SIGLAS ............................................................................................................................... 14

NOMENCLATURA .............................................................................................................................. 15

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 19

1.1 Introdução ........................................................................................................................................ 19

1.2 Objetivos .......................................................................................................................................... 22

CAPÍTULO 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO DA LITERATURA .......................... 24

2.1 Processo kraft de produção de celulose ............................................................................................ 24

2.1.1 Obtenção dos cavacos………………………………………………………………………………. 25

2.1.2 Cozimento .............................................................................................................................. 26

2.1.3 Ciclo de recuperação............................................................................................................ 27

2.2 Processo de fabricação de papel....................................................................................................... 28

2.2.1 Refinação................................................................................................................................31

2.2.2 Zona de formação da máquina de papel................................................................................34

2.2.3 Retenção e drenagem .............................................................................................................35

2.2.4 Formação da folha.................................................................................................................47

2.2.5 Resistência da folha úmida. ................................................................................................ 50

2.2.6 Seção de prensas da máquina de papel................................................................................. 53

2.2.7 Oportunidades e contribuição................................................................................................59

CAPÍTULO 3. ESTUDO DE CASOS ................................................................................................... 60

CAPÍTULO 4. ESTUDO #1 - ANÁLISE DO EFEITO DA FORMAÇÃO DA FOLHA ..................... 68

4.1 Introdução ........................................................................................................................................ 68

4.2 Métodos e equipamentos .................................................................................................................. 68

4.3 Resultados ........................................................................................................................................ 69

4.4 Conclusões ....................................................................................................................................... 76

CAPÍTULO 5. ESTUDO #2 - ANÁLISE DO EFEITO DA CONDUTIVIDADE DA CELULOSE . 78

5.1 Introdução ........................................................................................................................................ 78


5.3 Equações .......................................................................................................................................... 80

5.4 Resultados ........................................................................................................................................ 80

5.5 Conclusões ....................................................................................................................................... 89

CAPÍTULO 6. ESTUDO #3 - ANÁLISE DO EFEITO DA SUBSTITUIÇÃO DA

MICROPARTÍCULA ORGÂNICA POR SÍLICA COLOIDAL………………………………... 91

6.1 Introdução ........................................................................................................................................ 91


6.3 Equações .......................................................................................................................................... 94

6.4 Resultados ........................................................................................................................................ 94

6.4.1 Ensaios laboratoriais ............................................................................................................ 94

6.4.2 Teste industrial ...................................................................................................................... 95

6.4.3 Resultados ............................................................................................................................. 95

6.5 Conclusões…………………………………………………………….………. ............................ 100

CAPÍTULO 7. ESTUDO #4 - ANÁLISE DOS EFEITOS COMBINADOS DA REDUÇÃO DO

GRAU DE REFINAÇÃO DA POLPA E DO AUMENTO DA CARGA DE PRENSAGEM ….102

7.1 Introdução ...................................................................................................................................... 102

7.2 Métodos e equipamentos ................................................................................................................ 103

7.3 Resultados ...................................................................................................................................... 105

7.3.1 Teste industrial Nº1 ............................................................................................................ 106

7.3.2 Teste industrial Nº2 ............................................................................................................. 108

7.3.3 Resultados de longo prazo ................................................................................................... 111

7.4 Conclusões.................................................................................................................................... .. 118

CAPÍTULO 8. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................ 119

8.1 Conclusões ..................................................................................................................................... 119

8.2 Sugestões para trabalhos futuros .................................................................................................... 122

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................................. 123

ANEXOS..............................................................................................................................................127

Capítulo 1 - Introdução

19


1.1 - Introdução

O setor de produção de papel e celulose no Brasil, historicamente, tem

demonstrado relevância dentre os diversos segmentos industriais brasileiros. Sua

participação no produto interno bruto do país é de aproximadamente 4%, significando um

valor da ordem de R$ 176 bilhões (IBGE-Mar./2014). As Figuras 1.1 a 1.3 e a Tabela 1.1

evidenciam as perspectivas de crescimento registradas nos últimos dez anos.

Figura 1.1 Figura 1.2

Evolução da Produção Brasileira de Celulose. Evolução da Produção Brasileira de Papel.

Figura 1.3

Balança Comercial do Setor de Celulose e Papel.

Fontes: Conjuntura Bracelpa - Dados do Setor. Publicação mensal da ABTCP-Março/2014.


20

O fabricante de papel tem como objetivos fazer produtos com a qualidade

especificada pelo cliente e de forma eficiente, num ambiente seguro e ecologicamente

adequado. Estas têm sido as premissas para a competitividade, no mundo globalizado. Para

alcançá-los, de forma economicamente viável, é essencial que a máquina de papel apresente

bom desempenho o qual é normalmente avaliado pelo número de quebras da folha que ela

apresenta, numa base temporal (ex: quebras por dia ou por mês). Trata-se se de um

indicador mundialmente reconhecido.

As fábricas de papel possuem estatísticas sobre este e outros indicadores para

analisar e avaliar seus resultados e então atuar no processo a partir de tomadas de decisões.

Este número pode alcançar valores distintos, dependendo de fatores como: tipo de papel

fabricado, matérias primas empregadas, máquina e equipamentos utilizados, controle do

processo, velocidade da máquina de papel, formação e habilidade da equipe de operacional,

etc.

Neste trabalho foi avaliado um processo alcalino de produção de papéis brancos de

imprimir e escrever, utilizando celulose branqueada de eucalipto e carbonato de cálcio

precipitado como carga mineral, além de outros aditivos usualmente empregados neste tipo

de processo.

Neste caso, o número de quebras assume valores típicos entre 20 a 100

quebras/mês (Metso, 2012), dependendo das condições praticadas. O tempo de

restabelecimento da fabricação normal, após uma quebra da folha, é, obviamente, uma

importante variável do processo. Este tempo está numa faixa típica de 10 a 20 minutos

(Metso, 2012) e é função dos recursos disponíveis na máquina bem como de procedimentos e

habilidade da equipe de produção para esta operação.

A eficiência total de uma máquina de papel (OME) depende essencialmente de sua

eficiência de tempo (Et), que indica quanto do tempo disponível para produzir foi

efetivamente aproveitado e da eficiência em produzir produto dentro das especificações ou

produto vendável (Ep). Assim, a eficiência total é definida pelo produto destas últimas, ou

seja: OME = Et x Ep e uma faixa típica para tal eficiência, para uma máquina que produz papel

nas condições citadas anteriormente, é de 90-95% (Metso, 2012).

Tão importante quanto estes indicadores é a taxa de produção da máquina, que

mostra quanto de papel é produzido na unidade de tempo, ex.: Ph (t/h) ou Pd (t/d). Ela


21

depende, diretamente, da velocidade média que a máquina produz, além do tipo de papel

que é fabricado e da eficiência de tempo. A velocidade poderá ser maior, para um

determinado tipo de papel, na medida em que a resistência da folha e a estabilidade do

processo sejam maiores.

A motivação para este trabalho de pesquisa pode ser percebida por meio dos

números mostrados na Tabela 1.2, considerando-se as seguintes premissas, bastante

realistas do ponto de vista prático: Ph = 20 t/h de taxa produção da máquina de papel; tq = 15

minutos de tempo perdido médio por quebra de folha e US$ 350,00/t de margem de

contribuição do papel.

Tabela 1.2 - Impacto financeiro em função de quebras e da velocidade de operação da máquina de papel.

Variáveis Unidade Incremento Impacto Financeiro (U$MM./ano)

Nº Quebras Quebra/dia +1 -0,6

Velocidade mpm +10 +0,6

Além disso, não foram encontrados, em trabalhos acadêmicos e mesmo na

literatura especializada, estudos específicos sobre as análises aqui propostas que

considerem a fabricação de papéis de imprimir e escrever, em processo alcalino, utilizando-

se apenas fibra de eucalipto (fibra curta). Assim, este estudo pretende dar uma contribuição

como uma referência comprovada do ambiente produtivo acima descrito.

Ressalta-se, aqui, o pioneirismo brasileiro na fabricação de papéis de imprimir e

escrever, com a utilização apenas de celulose de eucalipto como fonte de matéria fibrosa.

Este fato culminou numa tradição tecnológica que tem sido aperfeiçoada ao longo das

últimas décadas e, ainda, inalcançada por outros países fabricantes de papéis de imprimir e

escrever.

A combinação da produtividade florestal e do processo de fabricação de celulose e

papel, com fibra branqueada de eucalipto, tem se mostrado uma receita competitiva de

negócio. Em vista disso, o Brasil tem passado por forte expansão na produção de celulose

branqueada de eucalipto, desde a década passada e é hoje o maior produtor e exportador


22

mundial desta fibra. O Brasil ocupa a 4ª posição no ranking mundial de produtores de

celulose e a 9ª posição no ranking mundial de produtores de papel, conforme dados da

Bracelpa (2012).

Como grande parte desta fibra é utilizada para a fabricação de papel em diferentes

partes do mundo, entende-se que as análises deste trabalho poderão ter uma contribuição

importante. Situações de perda de eficiência total em uma máquina de papel, em razão de

ocorrência do número excessivo de quebras da folha não são raras. Normalmente, requerem

mobilização de uma equipe multifuncional e de trabalho intenso para investigação da real

causa do problema bem como a proposição e implantação de ações para sua mitigação.

Trata-se de um grande problema de curto prazo para uma fábrica de papel porque,

além de gerar a inerente perda de eficiência, gera perdas associadas como a maior produção

de papel rejeitado, o maior consumo de insumos, potencial de reclamações de clientes,

trocas eventuais de fabricação ou de programação de produção, etc.. Especialmente para

esta dissertação, foram escolhidas situações registradas em um processo industrial, num

contexto de perda de eficiência da máquina de papel em razão de um número de quebras

relativamente elevado.

Considerando então a contextualização deste trabalho de pesquisa, são

apresentados a seguir os objetivos: principal e específicos, deste trabalho.

1.2 - Objetivos

Este trabalho de pesquisa tem como objetivo principal analisar as variáveis

operacionais de um processo industrial de produção de papel, visando analisar sua influência

sobre a eficiência da produção, identificando os efeitos práticos dessas variáveis, de forma a

sugerir condições otimizadas de operação.

Para alcançar este objetivo principal foram traçados os seguintes objetivos

específicos:

• avaliar os efeitos da formação da folha no índice de quebras da máquina;

• avaliar os efeitos da condutividade da celulose no índice de quebras da máquina;

• avaliar os efeitos da utilização de sílica coloidal, como agente de retenção e drenagem, no

aumento do desaguamento da folha durante a fabricação do papel;


23

• avaliar os efeitos da redução do grau de refinação da polpa, combinada com o aumento

da de prensagem sobre o aumento do desaguamento da folha durante a fabricação de

papel.

Nessa análise, em busca de melhorias do processo, serão considerados dois

processos de investigação de causa e resolução de problemas de perda de eficiência e dois

projetos de melhoria contínua para aumento de produtividade. Este estudo se justifica por

proporcionar informações técnicas traduzidas em procedimentos e ações, a partir de seus

resultados, que contribuem para a estabilidade do processo de fabricação de papel e

melhoria na produtividade, evitando perdas ou gerando ganhos de expressivo valor

econômico.

Esta dissertação de mestrado está estruturada de forma que, no Capítulo 2

apresenta-se a fundamentação teórica envolvendo conceitos que suportam o

desenvolvimento deste trabalho de pesquisa, além de sua contribuição para o setor de

fabricação de papel, com base na revisão da literatura. No Capítulo 3, os quatro estudos de

casos propostos são detalhadamente descritos, para que, então, cada uma das análises

desenvolvidas seja mostrada em um capítulo específico (4 a 7), com ênfase para os

resultados obtidos. No Capítulo 8 são apresentadas, respectivamente, as conclusões do

trabalho e as recomendações para trabalhos futuros.

Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura

24


2.1 - Processo Kraft de Produção de Celulose

Os temas desenvolvidos neste trabalho estão associados ao processo de fabricação

de papel que utiliza apenas fibra de eucalipto branqueada como fonte de matéria prima

celulósica. Por isso, será feita a seguir uma breve abordagem sobre o processo de obtenção

da polpa de celulose, denominado Kraft ou ao Sulfato, que é utilizado em larga escala em

todo o mundo e especialmente no Brasil, para a produção da polpa celulósica de eucalipto, a

fim de que se tenha uma melhor compreensão das análises propostas.

Primeiramente, é importante lembrar que a madeira é composta, essencialmente,

por três componentes: celulose ou alfa celulose, hemicelulose e lignina. O processo de

polpação consiste em extrair a lignina, através de sua solubilização no licor de reação,

deixando as fibras livres e flexíveis. As fibras são constituídas de pequenos filamentos

denominados de micro-fibrilas, que por sua vez são constituídas por alfa celulose, estando

envolvidas pela hemicelulose, tendo a lignina como o cimento que as une e as mantêm

rígidas na madeira. A lignina é uma resina que será utilizada como combustível para

produção de vapor, no ciclo de recuperação dos reagentes químicos do processo Kraft, na

caldeira de recuperação.

O processo Kraft (Casey, 1981), juntamente com o processo soda, são os processos

alcalinos utilizados, em escala industrial, na fabricação de celulose, diferentemente do

processo sulfito que se caracteriza pelo emprego do ácido sulfuroso na etapa de cozimento

ou de digestão dos cavacos da madeira. Descoberto em 1879, pelo químico alemão Carl F.

Dahl, que observou que, quando na reposição das perdas de álcali no processo soda era

usado sulfato de sódio em vez de carbonato de sódio, o resultado era uma polpa com fibras

muito mais resistentes.

Foi verificado que durante a incineração do licor utilizado ou licor negro, para

recuperação dos reagentes, os íons sulfato eram reduzidos a íons sulfeto, de forma que o os

agentes ativos da reação fossem na realidade a soda e o sulfeto de sódio e não o sulfato,

como imaginado inicialmente. O processo Kraft mostrou-se superior ao processo soda com

relação à qualidade da polpa produzida, ao rendimento do processo e, consequentemente,


25

aos custos de fabricação. A presença do enxofre, na forma de sulfeto, proporcionou

enormes benefícios ao processo alcalino de cozimento promovendo a maior rapidez na

solubilização da lignina enquanto a taxa de ataque a carboidrato (celulose e hemicelulose) se

manteve inalterada. Em outras palavras, o sulfeto preservava mais a fibra durante as reações

químicas que ocorrem no processo de cozimento, fazendo-a mais resistente enquanto

aumentava o rendimento do processo. Por isso tornou-se rapidamente o processo

mundialmente mais utilizado já a partir dos anos 1940’s, impulsionado pela invenção da

caldeira de recuperação, no início dos anos 1930’s, por G.H Tomlinson, equipamento que foi

o divisor de águas para a disseminação do processo Kraft.

Naturalmente apresentou também muitas vantagens sobre o processo sulfito,

dentre elas a flexibilidade de poder ser utilizado para qualquer espécie de madeira, menor

tempo de cozimento, excelente resistência da polpa, ciclo de recuperação do licor negro

muito bem estabelecido, etc. A seguir, serão descritas as principais etapas do processo Kraft

de polpação.

2.1.1 – Obtenção dos cavacos

Toras de madeira oriundas do campo ou da floresta chegam à fábrica de celulose,

descascadas ou não e são armazenadas em pilhas. No processo, alimentam um equipamento

descascador de toras chamado de tambor descascador que, em movimento rotativo

contínuo, promove o descascamento da madeira, devido ao movimento das toras no seu

interior e o contato entre elas. Durante esta operação, água é aspergida sobre as toras para

uma lavagem inicial visando, especialmente, a eliminação de areia a elas aderida, vinda do

campo. A casca é separada para queima e produção de vapor/energia, ao alimentar uma

caldeira de biomassa. Imediatamente, a madeira descascada passa por um picador de facas

rotativas que, transforma a tora em cavacos ou pequenos pedaços de madeira, com forma

aproximadamente regular e tamanho que proporciona mobilidade e área superficial

adequada para as reações químicas de cozimento da madeira que ocorrerão do interior do

reator ou digestor. O cozimento poderá ser feito em um digestor em batelada ou em um

digestor contínuo.


26

2.1.2 – Cozimento

Os cavacos que normalmente são impregnados com vapor em um estágio prévio, a

fim de que sejam aquecidos e ar de seu interior possa ser expelido, alimentarão o digestor

juntamente com o licor branco (solução aquosa de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio),

licor preto fraco (licor reciclado de um ponto do digestor) e condensado de processo. A

primeira fase do processo de cozimento é denominada de impregnação, quando o licor de

cozimento penetra na estrutura capilar dos cavacos, na chamada zona de impregnação, que

ocorre a temperaturas abaixo de 100 °C, dando início a reações químicas entre os

reagentes e a madeira, que se desenvolvem a baixas temperaturas. No cozimento contínuo,

40-60% do consumo de licor de cozimento se dá na fase de impregnação.

O cozimento dos cavacos acontece a temperaturas na faixa de 160 a 180 °C,

alcançadas com a utilização de vapor direto ou indireto e pressão de 9 a 12 kgf/cm2. Ar e

gases não condensáveis são continuamente aliviados do reator, através de uma válvula de

controle de pressão no topo do digestor. A remoção de lignina da madeira, no processo de

cozimento, pode chegar a 90%, quando da obtenção de polpas que serão branqueadas. As

reações químicas que ocorrem no processo são complexas e não totalmente conhecidas.

Durante um cozimento Kraft típico, para a produção de polpa branqueada,

aproximadamente 80% da lignina, 50% das hemiceluloses e 10% da celulose são

dissolvidos (Smook, 1934). O rendimento deste processo está na faixa de 50 a 60 %,

significando que de cada tonelada de madeira produz-se 500 a 600 kg de polpa seca.

Completado o processo de digestão, a polpa e o licor negro são descarregados em

um tanque de expansão ou de baixa pressão (“blow tank”). Cavacos que, eventualmente,

não foram cozidos (nós), ficam retidos em uma peneira e geralmente são reciclados ao

digestor. O vapor de expansão (“flash”) passa por trocadores de calor, para aquecimento de

água a ser utilizada no processo de lavagem da polpa. A polpa cozida é enviada para a etapa

de lavagem, onde o resíduo de licor negro é separado das fibras, com o mínimo de diluição.

Esta operação, denominada lavagem da polpa marrom, é geralmente desenvolvida através

de filtros rotativos a vácuo, dispostos em série. Estes cilindros filtrantes operam em

contracorrente e promovem o deslocamento do resíduo de licor negro que ainda impregna

as fibras. Equipamentos difusores podem ser alternativos para os referidos filtros.


27

Imediatamente após a etapa de lavagem, a polpa marrom poderá ser branqueada ou, então,

depurada para seu uso final na produção de papeis marrom (papeis Kraft). A Figura 2.1

mostra, esquematicamente, a transformação da madeira no processo Kraft.

Figura 2.1 – Desenho esquemático da transformação da madeira no processo.

(Tran e Vakillainnen, www.tappi.org/content/events/08kros/manuscripts/1-1.pdf.)

2.1.3 - Ciclo de recuperação

A recuperação de reagentes químicos e da energia do licor negro bem como a

reconstituição daqueles reagentes para formar novamente o licor branco de cozimento é

feita na unidade de recuperação que envolve os seguintes sistemas: evaporação, caldeira de

recuperação e planta de caustificação (Smook, 1934).

O licor negro fraco (~15% em massa de sólidos), produzido na fase de lavagem

da polpa marrom, é processado conforme as etapas abaixo:

1- Concentração, através um sistema de evaporadores de múltiplos efeitos e

adição de agentes químicos, para a faixa de 60 a 75 % de sólidos;

2- Incineração do licor preto concentrado (combustível) na caldeira de

recuperação para a formação de uma massa inorgânica fundida, além da geração de vapor

para o processo;

3- Dissolução do fundido inorgânico em água para formar o licor verde;

4- Caustificação do licor verde com cal requeimada, para formar o licor branco,

para o próximo ciclo de cozimento.

Uma importante função da caldeira de recuperação é de reduzir quimicamente os

compostos de enxofre oxidados contidos no fundido da caldeira, novamente à forma de

http://www.tappi.org/content/events/08kros/manuscripts/1-1.pdf


28

sulfeto. O controle da atividade do licor verde é essencial para a correta operação no ciclo de

licor. A meta é um compromisso entre dois fatores, pois a alta concentração do licor

aumenta a quantidade disponível dos componentes da soda, facilitando a operação e

capacidade para superar eventuais interrupções. Por outro lado, concentrações menores de

licor verde melhoram a eficiência do processo de caustificação, assegurando que menor

quantidade de carbonato de sódio, não reativo, seja arrastada no ciclo. A Figura 2.2 mostra

um diagrama de fluxo de um processo Kraft.

Figura 2.2 - Diagrama de Fluxo de um Processo Kraft. (Tran e Vakillainnen, www.tappi.org/content/events/08kros/manuscripts/1-1.pdf.)

2.2 - Processo de Fabricação de Papel

A fabricação de papel é um processo complexo que envolve muitas etapas e

diferentes tipos de papel, com diferentes propriedades. Papel com largura de até 10 m é

fabricado, numa base contínua, em máquinas de papel que chegam a 150 m de

comprimento. Máquinas modernas que produzem papel de baixa gramatura alcançam

velocidades de 2000 m/min. (Pikulik, 2011).



29

Numa forma geral, o processo se desenvolve a partir das operações de preparação

de massa, que se inicia com a preparação de uma suspensão aquosa de fibras de celulose, a

matéria prima principal, passando por um tratamento físico, denominado de refinação e

que torna as fibras mais flexíveis, e também por aditivação química, quando as fibras

recebem diferentes aditivos tais como: carga mineral (ex.: carbonato de cálcio, caulim,

gesso, dióxido de titânio) amido, agentes de retenção e drenagem, alvejante óptico,

microbicidas, anti-espumante, etc., que vão conferir determinadas propriedades ao papel e

ao processo, com o propósito de fazer com que a fibras estejam apropriadas para a

produção de papel.

Em seguida, esta suspensão é introduzida na máquina de papel para a formação de

uma folha de papel úmida e com baixa resistência, que será prensada para a remoção do

excesso de água e sua consolidação. Ela será então imediatamente secada por evaporação

para eliminação de quase toda a água remanescente, unindo ainda mais as fibras entre si.

Finalmente, o papel produzido é calandrado para uniformização de sua espessura e

alisamento. Aditivos tais como: amido e químicos auxiliares são aplicados numa seção

intermediária do processo de secagem do papel, operação esta denominada de colagem

superficial, para aumentar sua uniformidade e resistência superficial. O papel produzido

continuamente é enrolado ainda na máquina de papel, que na sequência será segmentado

para a forma de bobinas que serão convertidas para folhas em resmas ou enviadas

diretamente para os clientes.

A máquina de papel é, essencialmente, uma máquina desaguadora, pois o processo

exige grande diluição da suspensão para que a uniformidade da folha de papel seja

garantida, porém em circuitos cada vez mais fechados. Desta forma, o desaguamento ou a

drenagem durante o processo é sempre uma preocupação. As ilustrações apresentadas nas

Figuras 2.3 e 2.4 procuram representar o processo descrito.


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Figura 2.3 – Sistema típico de fabricação de papel. (Gess, 1998)

Figura 2.4 - Desenho esquemático da máquina de papel de imprimir e escrever.

A adição de químicos se dá em função do processo utilizado, dos produtos

fabricados e também das peculiaridades de cada circuito ou de cada sistema de produção. O

ponto de aplicação de cada aditivo é definido em função da natureza do processo assim

como daquilo que se espera do aditivo e do caráter iônico de cada químico. A representação

típica ou convencional de aplicação de químicos para um processo alcalino de produção de

papeis de imprimir e escrever é apresentada na Figura 2.5.


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Figura 2.5 - Circuito de aproximação e pontos de aplicação de aditivos(Norell et al., 2010)

A seguir, serão revistos tópicos do processo de produção de papel com maior

relevância para o propósito deste estudo.

2.2.1 - Refinação

Consiste num tratamento mecânico imposto à suspensão fibrosa (polpa), com o

auxílio de um refinador de discos, com lâminas rotativas, a fim de tornar as fibras mais

flexíveis e com maior área específica, requisitos muito importantes no processo de formação

da folha de papel. Esta operação apresenta efeitos importantes no processo de

desaguamento e secagem da folha na máquina de papel, como também nas propriedades do

papel produzido (Clark, 1978). É uma operação de alta demanda de energia elétrica e de

natureza exotérmica.

A fibra é constituída por camadas fibrilares e as fibrilas, por sua vez, por

macromoléculas de celulose. O termo hidratação significa a penetração de moléculas de

água entre as moléculas de celulose. Neste processo há o rompimento de pontes de

hidrogênio existentes entre moléculas de celulose que são substituídas por pontes de

hidrogênio entre água e moléculas de celulose (Giertz, 1993). Este fenômeno, juntamente

com a penetração de água “não ligada” no interior da parede celular, promove o efeito de

inchamento das fibras, tendo como principal consequência o aumento da flexibilidade das

fibras. A fibra mais flexível ou refinada é um requisito do processo, para a formação

uniforme ou homogênea da folha de papel e para o desenvolvimento de suas resistências.

Caixa de Entrada

Tela Linha Úmida

Água Branca

Tanque da Máquina

DepuradorCentrilimpador

Caixa de Nível


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Em contrapartida, como o fenômeno está associado ao aumento da superfície

específica da fibra, há efeitos indesejáveis na drenabilidade da fibra, no consumo de vapor

para secagem e na estabilidade dimensional do papel produzido. Portanto, o processo de

refinação é controlado através da medição do grau de refinação, o qual nada mais é que a

medição do grau de drenabilidade das fibras ou da facilidade com que as fibras libertam a

água que está alojada entre elas. Variáveis do processo, tais como: tipo de fibra, processo de

obtenção da polpa, pH de refinação da suspensão, temperatura, consistência; desenho do

disco de refinador, dentre outras, influenciam o processo de refinação (Clark, 1978).

Nesta etapa há, naturalmente, alto consumo de energia bruta, da ordem de 100 a

250 kWh/t fibra (Giertz, 1993). A Figura 2.6 ilustra o efeito da aplicação de energia de

refinação no grau de refinação das fibras ou na drenabilidade da polpa. A prática usualmente

utilizada pelo operador de máquinas de papel, no processo de refinação da polpa, tem sido

invariavelmente a de explorar os seus efeitos no desenvolvimento de resistência da folha de

papel, principalmente, para “garantia” de bom andamento de máquina de papel. A Figura

2.7 mostra o efeito típico da refinação da polpa na resistência do papel. Entretanto, muitos

efeitos indesejáveis, seguramente, vão aparecer e limitar esta operação, na medida em que

é ela gradualmente intensificada.

Figura 2.6 Figura 2.7 Grau de refinação x Energia aplicada às fibras. Resistência à tração x Grau de refinação.

(Lumiainen, 1998) (Lumiainen, 1998)

Além do grau de refinação, outra variável de grande relevância para a avaliação da

drenabilidade das fibras no processo de produção do papel é o índice de retenção de água

(IRA) da polpa ou “Water Retention Value” ou “Water Resistance Value” (WRV), que mede a

quantidade de água retida ainda pela fibra, quando submetida a um processo de


33

centrifugação. A Figura 2.8 mostra o efeito da refinação (energia líquida ou energia aplicada

às fibras) no desaguamento forçado da fibra – WRV.

Figura 2.8 - Índice de Retenção de Água (IRA) x Energia Aplicada às Fibras (Lumiainen, 1998).

No caso específico da utilização de fibra de eucalipto, é muito importante salientar

fatores como o número de fibras por grama e o comprimento médio das fibras apresentados

pela espécie, da ordem de 16 a 18 milhões de fibras/g e de 0,8 a 1,0 mm, respectivamente

(Giertz, 1993). São as principais características desta fibra e que a diferencia muito das outras

fibras oriundas das madeiras folhosas, que alcançam valores predominantemente inferiores

a 10 milhões de fibras/g e comprimento entre 1,0 e 1,2 mm (Giertz, 1993). Estas grandezas

estão associadas à enorme superfície específica destas fibras, já mesmo antes da refinação.

Tendo-se em conta que a refinação promove, além da fibrilação interna e externa, o

corte de fibras e geração de finos ou fragmentos de fibras, entende-se que a refinação

intensa da fibra de eucalipto inevitavelmente causará perda, relativamente muito maior, da

capacidade de liberação de água pelas fibras e, consequentemente, grandes restrições ao

desaguamento, nas diferentes seções da máquina de papel, uma vez que a resultante da

superfície específica das fibras será ainda muito maior, significando grande capacidade de

retenção de água.

Portanto, as premissas teóricas descritas são muito valiosas para suportar uma das

propostas desta dissertação que, na direção oposta ao modo trivial, recomenda redução do

grau de refinação das fibras de eucalipto, porém, combinando esta medida com o aumento

da prensagem, como forma de recuperar ou compensar parte importante de eventual perda

de resistência da folha de papel, com a redução da refinação. Especificamente no item sobre

a Seção de Prensas, na sequência, será abordado o fenômeno de consolidação da folha,


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quando as fibras se aproximam, ao longo da espessura da folha (eixo Z), pelo efeito da

compressão mecânica e expulsão de água, desenvolvendo ligações entre si que culminam

em aumento de resistência da folha. O modelo proposto é muito desafiador, do ponto de

vista operacional, principalmente em razão da prática usualmente adotada.

2.2.2 - Zona de formação da máquina de papel

Seção onde a folha de papel é formada sobre uma tela ou entre duas telas plásticas

e, também é a seção onde ocorre o desaguamento da maior parte da água da suspensão

injetada na caixa de entrada, ou seja, de aproximadamente 97,5 % da água lançada, com

consistência típica na faixa de 0,5 a 1,0%, de maneira controlada para que a qualidade do

papel seja alcançada e a produtividade garantida.

O desaguamento acontece hidrostaticamente na sua fase inicial forçado com o

auxílio de aplicação de vácuo sob regiões das telas. O teor de sólidos da folha, deixando esta

seção, está entre 18 e 24 %. Sob as telas estão instalados diversos elementos desaguadores

constituídos, geralmente, por lâminas cerâmicas ou plásticas posicionadas transversalmente

sob a(s) tela(s), com perfil de um folio (“foil”), que imprimem um movimento ondulatório,

longitudinal, à tela, que é transferido à suspensão que está sendo desaguada. Este

movimento, denominado de “atividade”, acontece na fase de formação folha propriamente

dita, de forma controlada. Gera cisalhamento entre fibras prevenindo a floculação entre elas

ou até destruindo flocos formados. Este mecanismo é o principal responsável pela garantia

da formação ou uniformidade da folha de papel.

Cabe dizer que a diluição da suspensão ou consistência com a qual ela deixa a caixa

de entrada tem papel importantíssimo na homogeneidade da folha a ser alcançada. Quanto

menor a consistência, menor será a probabilidade de formação de flocos durante a

construção ou estruturação da folha. Portanto, minimizar a consistência da caixa de entrada

é a medida clássica e primária para que a folha de papel seja bem formada ou que possua

uma distribuição uniforme de fibras. Garantida a formação adequada ou requerida, o

desaguamento nesta seção da máquina de papel é forçado até a aplicação de vácuo intenso,

no seu final.


35

A formação ou homogeneidade da folha, como já mencionado, é de fundamental

importância para o uso final do papel de imprimir e escrever. A presença de flocos ou

aglomerados de fibras revela-se como áreas de alta densidade de fibras, contrastando com

zonas de baixa densidade na sua vizinhança, caracterizam assim um grau de

heterogeneidade na distribuição das fibras. Este contraste é, por exemplo, revelado quando

a tinta de impressão cobre a superfície do papel como deficiência de qualidade do papel.

Além disso, a natureza da formação influencia também as propriedades de resistência da

folha, pois áreas de menor densidade de fibras também são áreas de menor resistência da

folha. Portanto, numa situação limite, este fenômeno poderá ter efeitos no andamento ou

na produtividade da máquina de papel.

Os sólidos não retidos na folha acompanham a água drenada, que é denominada

água branca e cuja maior parte (~85%) é recirculada no próprio circuito de aproximação,

para a diluição da massa grossa, na sucção da bomba de mistura. A sobra desta água branca,

que é de aproximadamente 15% de seu total, é enviada para um filtro de discos, a vácuo,

para recuperação dos sólidos nela contidos, que fecham o circuito quando são enviados ao

tanque de mistura.

A maioria das forças de cisalhamento anteriormente citadas são geradas na peneira

pressurizada, caixa de entrada e, principalmente, na zona de formação, provocando perda

de retenção de partículas finas, durante esta etapa que passa por um processo de filtração

da folha.

2.2.3 - Retenção e Drenagem

2.2.3.1 - Retenção

A composição do papel combina materiais de origem biológica, sintética e

inorgânica. Seus principais componentes são as fibras de celulose e os finos (pequenos

segmentos de fibras), cargas inorgânicas (minerais) e orgânicas, polímeros naturais e

sintéticos (para obtenção de colagem, retenção e resistências da folha de papel). A retenção

de cada um dos seus componentes será crítica para as propriedades e qualidade da folha de

papel, assim como para o atendimento de requisitos ambientais e de custos.


36

Na fabricação de papel, a retenção indica a quantidade de um determinado

componente no produto final em relação à quantidade deste mesmo componente num

estágio anterior do processo. É entendida como a quantidade de todos os materiais,

suspensos e dissolvidos, os quais permanecem como componentes da folha de papel final

em relação à quantidade presente em alguma etapa anterior do processo de produção (Gess,

1998).

Trata-se de um dos mais importantes parâmetros de operação e controle da parte

úmida do processo de fabricação de papel. Retenções específicas podem ser definidas,

dependendo de qual material está sendo retido e onde está sendo medido.

a) Retenção de Simples Passagem

O subcomitê do Comitê de Aditivos de Fabricação de Papel da TAPPI (“Technical

Association of the Pulp and Paper Industry”- EUA) definiu a Retenção de Simples Passagem

ou de Simples Passo (RSP) como simplesmente a razão da diferença entre as consistências da

caixa de entrada e da bandeja de água branca drenada, e da consistência da caixa de

entrada. Matematicamente, a retenção de simples passagem é calculada por:

RSP = 100 . (Cce – Cab)/ Cce (2.1)

RSP: Retenção de Simples Passagem

Cce: Consistência da caixa de entrada

Cab: Consistência da bandeja ou calha de água branca

Analogamente, a retenção de simples passagem de um determinado componente

da suspensão que alimenta a máquina de papel pode ser calculada simplesmente se

determinando as frações deste componente na suspensão da caixa de entrada e da bandeja

de água branca. Assim, a retenção de simples passagem de cinzas RSPC, que também é

muito utilizada na indústria de fabricação de papel, é calculada a partir da determinação das

frações de cinzas nas consistências da caixa de entrada e da bandeja de água branca, com a

utilização de fórmula semelhante. Entretanto, deve se levar em conta de que o valor de


37

retenção de simples passagem dá uma ideia do que está acontecendo na máquina de papel.

Ela é, na realidade, uma aproximação, através de um cálculo simplificado e rápido, da

retenção real e seu valor poderá levar erros nas conclusões se, por exemplo, a consistência

na bandeja de água branca medida não for representativa da água branca da máquina.

Outro cuidado deve-se ter ao comparar valores de retenção de diferentes máquinas que, por

razões tecnológicas, utilizam níveis significativamente diferentes das consistências da caixa

de entrada.

b) Retenção Real

A retenção de simples passagem refere-se à eficiência do extremo úmido da

máquina de papel enquanto a retenção real diz respeito à eficiência da máquina de papel

como um todo. A retenção real é definida como a fração ou porcentagem da quantidade de

material que é retido na folha de papel produzida. A TAPPI define retenção real como a

razão entre a massa que deixa a sessão de formação ou massa que alimenta a sessão de

prensas sobre a massa de sólidos alimentada.

c) Mecanismos de retenção

A retenção dos diferentes componentes da massa na folha de papel produzida está

associada a mecanismos de natureza química, mecânica ou combinação dos dois

mecanismos. Enquanto os materiais dissolvidos na suspensão são retidos por adsorção ou

através da formação de ligações químicas aos sólidos suspensos, estes últimos são retidos

mediante um processo de filtração durante o processo de formação da folha úmida de

papel. Tal processo ocorrerá independentemente de forças de atração ou de repulsão entre

as partículas.

Pelo fato de possuírem tamanho relativamente pequeno, as partículas que

compõem a fração de finos da massa (cargas minerais e finos de celulose) são difíceis de

serem retidas na estrutura da folha em formação. Por isso, uma quantidade muito maior

destas finas partículas atravessaria a malha da tela formadora e seriam incorporadas à água

branca drenada nesta fase de formação da folha, caso agentes auxiliares de retenção não

fossem adicionados ao processo para aumentar a retenção coloidal daquelas partículas. Os

auxiliares de retenção são agentes químicos com superfície ativa que fazem com que as


38

partículas finas formem flocos ou aglomerados entre si ou através de sua adsorção à

superfície das fibras da suspensão, desenvolvendo assim, maior retenção por meio químico

e mecânico.

Estudos e investigações sobre retenção e drenagem em máquinas de papel são

conduzidos, inicialmente, em laboratório, com a utilização de um equipamento denominado

“Britt Dynamic Drainage Jar” – DDJ, desenvolvido no início dos anos 1970, por Britt e

Unbehend, com o objetivo de simular as condições encontradas numa máquina de papel. O

sistema determina a tendência relativa da fração de finos da massa de atravessar uma tela

(malha de 200 mesh) juntamente com o fluido ou de permanecer na fase sólida. O resultado

é reportado como retenção da fração de finos em determinadas condições de turbulência do

sistema, selecionadas com objetivo de aproximá-las daquelas predominantes na máquina de

papel em estudo. A Figura 2.9 ilustra o instrumento DDJ.

Figura 2.9 – “Britt Dynamic Drainage Jar Tester” (Hubbe, www4.ncsu.edu/~hubbe/new).

c) Retenção de Finos

A retenção de partículas finas ou de finos depende de fatores mecânicos e

químicos. Do ponto de vista de variáveis mecânicas podemos citar variáveis como: o

AgitadorSuporte

“Jar” c/SuspensãoFibrosa

Tela

Pinça

Becker


39

tamanho das partículas a serem retidas; os poros da folha úmida em formação; a geometria

da tela sobre a qual a folha de papel é formada; a velocidade ou taxa na qual a folha é

formada; a gramatura ou peso do papel a ser produzido; a maneira ou intensidade com as

quais a suspensão fibrosa está sendo drenada.

A química exerce, igualmente, importante papel na retenção das partículas finas

contidas na suspensão que alimentará a máquina de papel. Através dela, pode-se, por

exemplo, aumentar o tamanho das partículas a serem retidas, através de um processo de

floculação, gerando macro-partículas ou flocos, constituídos de fibras, finos de celulose e

carga mineral. Agentes químicos podem, também, mudar a carga iônica de parte dos sólidos

da suspensão ou das partículas finas, fazendo com que elas sejam, então, ancoradas às

partículas maiores, através de um mecanismo de aglomeração ou coagulação. Por outro

lado, tais agentes podem, também, reduzir o tamanho dos poros da folha que está sendo

formada e como consequência, a taxa de drenagem da suspensão. O uso inadequado de

polímeros de alta massa molar, como agente de retenção, pode causar sobrefloculação e,

consequentemente, a formação menos uniforme da folha, com poros maiores.

Contrariamente, a utilização de polímeros aniônicos pode promover folhas com flocos

menores e com melhor formação ou uniformidade.

d) Retenção em pH Alcalino

O princípio do mecanismo da ação de agentes químicos na retenção de partículas

finas passa por um processo inicial ou primário de coagulação, aglomeração ou de

aproximação destas partículas, formando um floco, porém pouco resistente ao cisalhamento

que está presente em elevada intensidade no processo hidráulico de fabricação de papel.

Esta primeira etapa acontece, normalmente, com agentes catiônicos com alta densidade de

carga elétrica. A resistência do floco ao cisalhamento é alcançada com o mecanismo de

floculação onde, normalmente, um polímero de alta massa molar e densidade de carga

elétrica positiva ou negativa, é empregado para formar um floco resistente e com potencial

para ancorá-lo na fibra. Tais processos acontecem pela desestabilização das partículas finas,

através de alteração de suas cargas elétricas.


40

No processo alcalino, o próprio pH alcalino implica em resistência à drenagem e

dificuldades maiores na retenção. Polímeros catiônicos e aniônicos são utilizados. O melhor

desempenho de polímeros aniônicos em processo alcalino está, também, associado ao

maior estiramento do polímero aniônico em presença de íons hidroxila (repulsão de grupos

com mesma carga elétrica na cadeia), da mesma forma que acontece com o polímero

catiônico no meio ácido, ou seja, na presença de íons H+.

Outro aspecto relevante é que, no processo alcalino, as fibras de celulose e,

portanto suas fibrilas estão mais estiradas devido à maior de densidade de carga elétrica

negativa na fibra, provocada pelo aumento de pH e então, com maior superfície disponível

para o desenvolvimento de interligações entre fibras, desenvolvendo uma folha com maior

resistência. Por outro lado, este mesmo fenômeno concorre, também, para o prejuízo da

drenagem. Um programa mínimo para retenção e drenagem para um processo alcalino faz

uso de um agente coagulante catiônico de baixa massa molar, seguido de um agente

floculante aniônico, de alta massa molar. Este último é, normalmente, adicionado ao

processo em um ponto onde o cisalhamento já está muito reduzido, com o propósito de

preservação do floco formado, também chamado de “hard floc”(Hagemeyer, 1992)

caracterizado por sua alta resistência à turbulência ou ao cisalhamento, proporcionando

altos níveis de retenção, porém, quando exposto a um processo de redispersão, o floco

resultante de uma re-floculação desenvolverá retenção muito menor.

As características destes eletrólitos (massa molar, densidade de carga elétrica,

natureza química) bem como suas concentrações e pontos de aplicação terão efeitos

positivos para o objetivo a ser alcançado, mas, também, podem trazer algumas

consequências indesejáveis, como exemplo algum prejuízo na formação da folha de papel

produzido, em razão formação de flocos necessária para a retenção dos finos na folha

formada, além da dificuldade da drenagem imposta pelo pH alcalino e que é agravada pela

necessidade de minimização do tamanho dos flocos formados.

e) O efeito da condutividade

O arraste elevado de eletrólitos e sua concentração na água da suspensão fibrosa,

provenientes da planta de fabricação de celulose em uma fábrica integrada, poderá implicar

na supressão de cargas iônicas da superfície da fibra e das cargas minerais (Gess, 1998). Isso


41

ocorre, geralmente, quando algum distúrbio é registrado na planta de celulose que acarreta

em uma lavagem relativamente pobre das fibras, favorecendo a presença de eletrólitos no

fluxo de suspensão que vai alimentar a fábrica de papel. Nesta situação, coloides poderão

também ter sua concentração aumentada no referido fluxo. Além disso, as moléculas de

polímeros e amidos modificados presentes no extremo úmido do processo de fabricação de

papel, sofrerão, também, tal tipo de interação ou neutralização. No processo alcalino de

fabricação de papel, em especial, este fenômeno caracteriza-se, principalmente em

situações de fechamento de circuito ou na utilização de matéria-prima fibrosa reciclada

(Gess, 1998).

Estes fatores contribuem para a elevação da condutividade do sistema, ou seja,

aumenta a concentração de eletrólitos ou íons dissolvidos no fluido da suspensão. O

aumento da condutividade do sistema, medido na água branca do processo, indica sério

potencial de significante perda de eficiência dos agentes de retenção de cargas e finos e,

consequentemente, da retenção propriamente dita. Os polímeros aniônicos de cadeia longa,

que são normalmente utilizados no referido processo tem suas cargas elétricas negativas

parcialmente neutralizadas e com isso, perdem sua eficiência para promover a retenção de

partículas finas, além de perderem o estiramento natural de sua cadeia, provocado pela

repulsão entre as cargas elétricas negativas vizinhas. Esta perda de estiramento irá provocar

algum grau de enrolamento de sua cadeia, o que é indesejável para o processo, pois

contribuirá para o aumento excessivo do tamanho dos flocos formados com o auxilio do

polímero com prejuízo para a formação ou uniformidade do papel. Situação análoga

também poderá ocorrer, por exemplo, com as cargas positivas do amido catiônico,

usualmente, utilizado. Serão, parcialmente, neutralizadas, com consequente perda de

eficiência do amido no processo de retenção. A Figura 2.5, mostra pontos mais comuns de

adição de produtos químicos no circuito de aproximação.

2.2.3.2 - Utilização de Sílica Coloidal como Micro-Partícula

Além da utilização de polímeros catiônico e aniônico, a adição de um terceiro

componente, denominado de micro-partícula pode ser também uma opção num programa

de retenção e drenagem. Esta possui como principais características o tamanho muito


42

pequeno, elevada área superficial e é altamente carregada com carga elétrica negativa. Com

este programa é possível aplicar o polímero de alta massa molar em um ponto anterior ao

depurador principal do circuito de aproximação, equipamento este que por ser rotativo,

promoverá cisalhamento ao floco construído previamente, quebrando-o parcialmente,

porém não o destruindo completamente. Imediatamente após, a micro-partícula é aplicada

para promover a refloculação das partículas cisalhadas, numa forma mais ordenada

produzindo os chamados micro flocos ou “soft flocs”. Esta é a característica deste tipo de

floco (Hagemeyer, 1992), que quando exposto ao cisalhamento ou turbulência, num ciclo de

redispersão ele se refloculará no mesmo nível da floculação inicial.

O resultado é um floco menor e mais uniforme, que será ainda retido e também um

importante aumento na liberação da água alojada no corpo da suspensão fibrosa para ser

drenada durante a formação da folha de papel. A presença da micro-partícula no sistema

significa maior taxa de desaguamento ou de drenagem da suspensão, além de melhoria na

formação da folha de papel. Dentre as micro-partículas, comercialmente disponíveis, a sílica

coloidal é a mais utilizada em processos de fabricação de papel. Os mecanismos propostos

para o sistema que utiliza sílica coloidal é muito menos entendido que o do sistema

tradicional ou que usam dois polímeros (“dual”), já citado.

A maioria dos mecanismos sugeridos para um sistema de retenção que utiliza a

sílica coloidal baseia-se na interação entre partículas coloidais e a desestabilização destas

partículas (coagulação). Têm origem na teoria da dupla camada elétrica de partículas

coloidais suspensas em solução (Figura 2.10).

Figura 2.10 - Representação esquemática partícula coloidal em suspensão (Gess, 1998).


43

Existem várias referências na literatura indicando que a sílica coloidal trabalha em

sinergia com o amido catiônico adicionado previamente no processo, comprimindo a

camada elétrica dupla, das partículas de amido. Moberg (1991) teoriza que a sílica coloidal é

fisicamente pequena o suficiente para entrar na estrutura amorfa do amido catiônico em

solução neutralizando completamente sua carga positiva. Isto resultaria no colapso da dupla

camada elétrica de íons sílica/amido, formando flocos pequenos e mais densos. A

consequência para a máquina de papel será um alto nível de retenção e excelente

desaguamento ou drenagem da polpa. Portanto, é evidente que a presença do amido

catiônico é fundamental e mandatória para o trabalho da sílica no sistema de retenção. Em

resumo, a aplicação de sílica coloidal como componente de um programa de retenção e

drenagem significa desenvolver um balanço muito mais efetivo entre a retenção das

partículas finas a drenagem e a formação uniforme da folha. As Figuras 2.11 e 2.12 mostram

os efeitos da sílica na remoção de água na formação e prensagem da folha úmida.

Figura 2.11 Figura 2.12

Efeito da sílica no desaguamento. Efeito da sílica na remoção de água na seção de prensas.

(Moberg e Nilsson, 1991)

2.2.3.3 - Drenagem na Máquina de Papel

O processo de remoção de água no extremo úmido de uma máquina de papel tem

sido estudado mais que qualquer outra área da fabricação de papel. Isto tem acontecido

provavelmente porque a estrutura do papel e a velocidade na qual ele é fabricado estão

diretamente relacionadas à remoção de água bem como com a complexidade dos


44

equipamentos e das técnicas utilizadas. Os estudos conduzidos estão calcados nas

correlações físico-químicas entre água e fibras, que podem ser utilizadas para se alterar a

taxa de remoção de água, assim como nos materiais utilizados como auxiliares de drenagem,

no extremo úmido da máquina de papel. A remoção de água pode ser pensada para uma

máquina de papel Fourdrinier, máquina que possui apenas uma tela formadora e, portanto,

a drenagem ocorre apenas numa direção, acontecendo em quatro zonas de desaguamento

distintas (Hagemeyer, 1992):

1) Zona de formação: compreendida desde o ponto de aterrissagem do jato de

suspensão fibrosa, que deixa o lábio da caixa de entrada, sobre a tela formadora até o ponto

imediatamente antes da primeira caixa de sucção ou de alto vácuo, como conhecida.

2) Zona de vácuo: tem início na primeira caixa de alto vácuo até o ponto em que

a folha úmida deixa o rolo de sucção da tela.

3) Seção de Prensas: inclui todos os nips das prensas instaladas.

4) Seção de secagem: inclui todos os elementos aquecidos, principalmente os

cilindros secadores.

A drenagem de água da suspensão fibrosa pode acontecer por dois mecanismos

diferentes que acontecem simultaneamente, quando a suspensão alcança a tela, para a

formação da folha de papel. Estes mecanismos são: filtração ou espessamento.

A filtração ocorre quando as fibras e os finos contidos na suspensão encontram-se

livres para se moverem independentemente. Existe uma interface ou fronteira nítida entre a

suspensão diluída e a manta ou folha úmida que está sendo formada, quando o material

sólido é separado da fase líquida, durante a drenagem sobre a tela. A concentração da parte

não drenada permanece constante.

O espessamento acontece quando as fibras em suspensão formam uma rede ou

uma trama coesa, em virtude de sua imobilização ou ancoragem. A estrutura atua como uma

rede compressível que colapsa durante a drenagem. Aqui, não há uma interface definida na

suspensão e a água é removida de todas as partes da rede, a uma mesma taxa, conforme a

compactação prossegue. A conclusão, a partir da estrutura do papel, é que a filtração é o

mecanismo predominante. Portanto, os principais estudos de desaguamento e formação da

folha, especialmente voltados para caracterização de fibras celulósicas, fazem uso das


45

teorias da filtração presentes na literatura. A Figura 2.13 representa cada um dos

mecanismos de desaguamento citados.

Figura

2.13 – Diferença entre filtração e espessamento (Smook, 1992).

Estas teorias são também aplicáveis aos estudos de desaguamento em máquinas

de papel porém, levando-se em conta a diferença de ordem da resistência à filtração

quando folhas são formadas em equipamentos laboratoriais (formadores de folhas de mão)

e a resistência à filtração durante a formação da folha na máquina de papel. Além da

importância dos mecanismos da remoção de água durante a consolidação da folha de papel,

é fundamental ter ciência de interações entre a água e fibra/superfície da celulose e a

parede da fibra. A celulose é ávida por água devido ao grande número de pontes de

hidrogênio que se formam entre as moléculas polares da água e o número elevado de

grupos hidroxilas presentes na superfície da fibra de celulose. A água está associada à fibra

em três diferentes maneiras, segundo Giertz (1993):

1) Água Livre: água que está praticamente desimpedida para fluir através dos interstícios e

capilares da folha úmida, quando esta está sob a ação da gravidade ou de pressão hidráulica

durante sua formação.

2) Água Ligada ou Embebida: água que está muito próxima da superfície das fibras e

firmemente presa por pontes de hidrogênio.

3) Água de Constituição: água que faz parte da estrutura química ou cristalina da fibra.


46

Não são definidas interfaces claras entre estes diferentes tipos de água presentes

em uma suspensão fibrosa. A divisão entre a água ligada ou embebida e a de constituição é

geralmente entendida como que a primeira se libera à pressão de vapor nula, ou seja, a 100

°C. A divisão entre a água embebida e a água livre é, usualmente, aceita como o ponto de

saturação da fibra (FSP) e varia com o tipo (espécie) de fibra, grau de refinação e teor de

finos presentes. O FSP pode ser determinado, de forma aproximada, pela determinação do

valor de retenção de água (WRV) da fibra. O processo de formação da folha em uma

máquina de papel é afetado principalmente pela resistência da folha úmida, que se forma

sobre a tela, ao fluxo de água. Por outro lado, existem forças que promovem a drenagem da

suspensão, como: pressão hidrostática (coluna hidráulica da folha em formação), pressão

inercial (causada pela aterrissagem do jato sobre a tela formadora), forças hidrodinâmicas

(geradas por elementos desaguadores – rolos esgoteadores e/ou lâminas “foil”) vácuo

externo (vácuo aplicado externamente) pressão aplicada por rolos (principalmente rolos de

prensas). Existem conhecidos fatores que influenciam na resistência à drenagem. São eles:

- Temperatura da massa ou suspensão;

- Presença de surfactantes;

- Quantidade de ar entranhado no corpo da suspensão;

- Teor de carga mineral;

- Umidade da massa sobre a tela;

- Química da superfície da fibra;

- Presença e grau de floculação promovido por agentes químicos;

- Teor de finos na suspensão.

Quando as fibras recebem um nível relativamente alto de refinação, elas tendem a

ter a drenagem muito reduzida. O aumento da temperatura da água drenada reduz a

viscosidade do líquido e faz com que a drenagem passa a ocorrer numa taxa superior. A

admissão de ar na massa ou sua presença dificulta a drenagem na máquina de papel. O

aumento do teor de carga mineral ou de cinzas no papel facilita a drenagem. Agentes

floculantes ou agentes de retenção, normalmente, melhoram a drenagem, além de

aumentarem a retenção de finos. Esta é a razão de serem denominados como agentes de

retenção e drenagem. Várias vantagens podem ser relacionadas ao o uso de um agente

auxiliar de drenagem como:


47

- Aumento de produção;

- Menor consumo de vapor para a secagem do papel;

- Melhoria da formação ou uniformidade da folha de papel;

- Possibilidade do uso da quantidade maior de matérias primas menos nobres.

Entretanto, algumas vezes, nota-se dificuldade ou resistência, por parte de

operadores de uma máquina de papel em melhorar ou maximizar a retenção a fim de poder

obter os benefícios acima. Uma das principais razões identificadas para o fato acima é a

flutuação ou variação da retenção e não, propriamente, a retenção em si. Esta variação

estará associada a uma variação na consistência da água branca e da gramatura da folha em

formação e, na maioria das vezes, ao controle de injeção dos agentes de retenção. A

consequência disso pode ser perda de produtividade, devido à quebra da folha na máquina

de papel. A Figura 2.14 mostra tal flutuação.

Figura 2.14 - Representação esquemática de flutuação de retenção de sólidos.

2.2.4 - Formação da folha

Formação é definida como a uniformidade com a qual as fibras estão distribuídas na

folha de papel (Casey, 1981). Consiste então, de uma propriedade física do papel embora

seja usualmente medida através do grau de uniformidade da luz que atravessa o papel. A


48

formação é costumeiramente avaliada visualmente pelo fabricante de papel e de uma forma

subjetiva, olhando a folha sob uma fonte de luz. A formação da folha está relacionada com o

grau de variação na gramatura, medida numa determinada área do papel em uma escala

que possa ser observada a olho nu (Hagemeyer, 1992). Isto não inclui flutuações na

microestrutura que afeta as ligações entre as fibras como também a porosidade do papel.

A folha possui uma formação uniforme quando é percebida uma regularidade ou

uniformidade no seu aspecto visual, sem a presença discreta de flocos e falhas, áreas mais e

menos opacas, regiões mais densas e menos densas ou ainda, com regiões com maior

número de fibras ou com número de fibras. A Figura 2.15 ilustra folhas de papel com

diferentes níveis de formação.

Formação pobre (flocos grandes) Formação boa (pequenos flocos)

Figura 2.15 – Padrões de formação da folha de papel.

Equipamentos mais modernos fazem uso de sensores que empregam elementos

radioativos, para medição de gramatura (relação de massa/área do papel – g/m2) em áreas

milimétricas da folha de papel, cujos resultados de formação de, são reportados,

numericamente, pelo desvio padrão desta da medição de gramatura mencionada. Outros

equipamentos fazem uso de princípios ópticos. Utilizam uma fonte de luz, incidente na

amostra de papel, assim como um sistema de detecção de luz com uso, por exemplo, de

célula foto elétrica e câmera fotográfica que quantifica a relação entre a quantidade de luz

incidente e a quantidade que atravessa a folha, de forma comparativa a um padrão de

referência.

Portanto, atualmente existem instrumentos que medem a formação do papel de

uma forma objetiva ou numérica. A formação é de grande importância porque afeta a

aparência do papel e, também, influencia suas propriedades físicas e ópticas (Casey, 1981).


49

Ela não só afeta os valores médios de praticamente todas as variáveis associadas às

propriedades físicas e ópticas, mas, também, da dispersão daquelas variáveis. Propriedades

relacionadas à resistência da folha, como: tração, estouro e dobra como também as

características de impressão do papel. Além disso, a formação afeta a uniformidade da

prensagem, secagem e da calandragem da folha de papel durante sua fabricação. Boa

formação é essencial para os papeis de imprimir e escrever (Glassman, 1985). O mesmo

ocorre para os papeis base, que vão receber um revestimento ou impregnação.

A folha bem formada indica uniformidade na distribuição das interligações entre

fibras através da formação de pontes de hidrogênio, conforme lustra a Figura 2.16.

Figura 2.16 – Desenho esquemático de pontes de hidrogênio entre fibras (Nikolaeva, 2010).

O tensionamento ou tracionamento da folha mal formada amplifica os efeitos da

formação pobre, implicando na redução da resistência da folha úmida (Nikolaeva, 2010).

Como exemplo, cita-se algumas variáveis de influência na formação da folha, tais

como a consistência da caixa de entrada (Thorp, 1998), o índice de floculação da suspensão

(Gess, 1998) – retenção de cargas e o a própria relação Jato/Tela = Vj/Vt (Gavelin, 1998.) –

relação entre a velocidade do jato (Vj) de suspensão que deixa a caixa de entrada e a

velocidade (Vt) da tela sobre a qual o jato aterrissa. A velocidade do jato de massa é

determinada com a medição da pressão no interior da caixa de entrada, que é variável

determinante para o cálculo hidráulico da velocidade (Bernoulli), com a qual o jato de

suspensão fibrosa deixa o lábio ou bocal da caixa para aterrissar na tela da mesa plana ou da

zona de formação da máquina de papel. É também conhecida a influência da diferença entre


50

as velocidades do jato e da tela na formação da folha de papel, em função de efeitos de

cisalhamento causados pelo impacto das camadas de fibras no processo de aterrissagem.

2.2.5 - Resistência da folha úmida (“WWS - wet web strength”)

A resistência da folha úmida tem um importante papel na eliminação de quebras no

extremo úmido da máquina de papel (Clark, 1978). Durante sua formação, na máquina de

papel, a folha úmida tem que resistir às fraturas, por estar sendo alongada entre seções da

máquina (passe) e, também, pela tensão para destacar a folha da superfície do rolo da

prensa, tensão esta que aumenta com o quadrado da velocidade da máquina (MacDonald,

1970). A preocupação dos estudiosos para o desenvolvimento de métodos de medição da

resistência da folha úmida não é atual e alguns procedimentos laboratoriais foram

desenvolvidos sendo que o de medição de resistência à tração tem sido o de maior

interesse.

Na Figura 2.17, Lyne e Gallay (Clark, 1978) apresentam os resultados sobre o efeito

da refinação de uma polpa sulfito, com madeira da árvore spruce e, também, os efeitos do

teor de sólidos (TS) na resistência da folha úmida à tração, quando é testada para suportar

seu próprio peso (“breaking length”). Este aumento da resistência da folha úmida é

atribuído, quase que sem nenhuma sombra de dúvida, à ligação mais forte ou firme entre

fibrilas externas das fibras, fibrilas cujas superfícies foram expostas pela refinação da polpa

e/ou de condições para sua aproximação.

A Figura 2.18 apresenta os resultados encontrados por Brecht e Erfurth (Clark,

1978), num trabalho onde foram determinadas resistências à tração (“breaking Load”) de

folhas úmidas feitas com celulose em suspensão (“Moist”), com celulose seca (“Dried”) e,

também, com pasta mecânica (“Groundwood”). Claramente é notada a diferença de

resposta à resistência da folha com relação à celulose secada previamente e, então,

repolpada para a produção da folha para o teste. Fica também muito claro, o já citado e

enfatizado efeito do teor de sólidos da folha úmida (TS) na resistência da mesma.


51

Figura 2.17 - Resistência da folha úmida de polpa sulfito refinada (Clark, 1978).

Figura 2.18 - Resistência da folha úmida - celulose em suspensão e celulose seca

(Clark, 1978).


52

Os mesmos autores acima idealizaram a Figura 2.19, como modelo para a

compreensão da evolução da resistência da folha úmida (“wet web strength”), que está

dividido em quatro diferentes zonas, que caracterizam a evolução da referida resistência da

folha úmida com o respectivo teor de sólidos (TS) por ela apresentado. A inclinação da reta

da primeira zona pode ser atribuída ao atrito entre fibras, durante a diminuição de

espessura do filme de água entre fibras. Como consequência, a folha úmida se contrai,

tornando-se mais fina. Por volta de 20% de teor de sólidos, ar começa a penetrar na folha,

permitindo assim a extensão dos efeitos da tensão superficial das partes externas para as

partes internas da folha. A inclinação da reta correspondente à segunda zona e reduzido

porque a quantidade de interfaces com água começa diminuir, depois que os efeitos da

tensão superficial alcançam seu máximo. Além disso, a compactação da folha torna-se muito

mais difícil devido a fibra tornar-se mais rígida. A inclinação da terceira zona começa a

aumentar mais rapidamente em razão da aceleração da formação de pontes de hidrogênio

entre fibras na medida em que a água livre é removida. Finalmente, a inclinação da quarta

zona é causada pelo aumento usual da resistência à tração com o aumento do teor de

sólidos.

Figura 2.19 - Resistência da folha úmida idealizada por Brecht e Erfurth (Clark, 1978).


53

O impacto do teor de sólidos na resistência da folha úmida é mostrado, também, na

Figura 2.20.

Figura 2.20 - Resistência da folha úmida versus seu teor de sólidos (Smook, 1992).

2.2.6 - Seção de Prensas da Máquina de Papel

A folha úmida, vinda da etapa anterior, passa por estágios de compressão

progressiva sendo que, em cada um deles, a folha está entre um ou dois feltros úmidos, que

absorvem a água extraída, quando da compressão do conjunto feltros e folha, entre os dois

rolos que formam cada prensa.

A folha de papel úmida pode deixar a seção de prensas com teor de sólidos entre 40

e 55% dependendo, principalmente, da configuração da seção de prensas da máquina de

papel, mas também de variáveis primárias de prensagem como: a carga aplicada no “nip”

(linha de tangência ou de contato entre os dois rolos de uma prensa) das prensas; o tempo

de residência da folha (função da velocidade da máquina e da largura do “nip”) no “nip”;

temperatura da folha; o tipo de fibra utilizada bem como seu grau de refinação, o tipo de

papel produzido e a umidade da folha que chega à prensa.

A prensagem da folha úmida promove a expulsão da água intrafibras, com

aproximação das mesmas no chamado eixo Z, ou seja, ao longo da espessura do papel.

Assim, tal aproximação culminará em iteração eletrostática entre fibras, com o


54

desenvolvimento de resistências da folha úmida, dentre elas a resistência á tração, que é de

fundamental importância para o transporte da folha através das seções da máquina de

papel.

A efetividade desta atração eletrostática será tanto maior na medida em que maior

quantidade de água é eliminada da folha. Este fenômeno é denominado de “consolidação”

da folha. Nesta dissertação, está incluída uma proposta de aumento da consolidação da

folha com o propósito de alcançar maior resistência da folha na saída da prensa e, portanto

menor potencial de quebras da folha com o seu tracionamento, que aumenta com o

aumento da velocidade da máquina.

O teor de sólidos (TS) da folha aumentará com a compressão mecânica da folha

úmida, na seção de prensas. Historicamente, tem havido esforço contínuo em maximizar a

remoção de água na seção de prensas. Os mais recentes aumentos nos valores da referida

variável têm sido alcançados com tecnologias de aumento da pressão ou carga aplicada nos

rolos das prensas, aumento do tempo de residência da folha no nip bem como com o

aumento de temperatura da folha úmida. A seção de secagem sucede a seção de prensas de

uma máquina de papel. O processo de secagem do papel é relativamente muito caro em

termos de instalação e de energia consumida para a secagem da folha, com a utilização de

vapor indireto e também, da energia para o acionamento desta seção que, usualmente é

muito longa (Reese, 1999).

O principal objetivo da prensagem é a remoção da água da folha úmida e de sua

consolidação (Smook, 1992). A folha úmida é encaminhada ao “Nip” formado por dois rolos

(prensas) e suportada, durante a prensagem, por um ou dois feltros úmidos. A prensagem é

considerada um fenômeno de fluxo controlado pelo fluxo de água entre as fibras e, também,

pelo fluxo da parede fibrilar. As fibras são forçadas a entrar em contato íntimo umas com as

outras, durante a compressão da folha úmida, desenvolvendo de ligações (pontes de

hidrogênio) entre fibras, na etapa seguinte do processo, ou seja, durante a secagem da

folha. As Figuras 2.21 e 2.22 ilustram o fenômeno.


55

. Figura 2.21 Figura 2.22 Desenho esquemático da consolidação Desenho esquemático do fenômeno causado da folha úmida de papel. pela contração fibra durante a secagem. (Giertz, 1993)

Um dos principais indicadores do desempenho da prensagem é o valor de uma

variável denominada de “passe” entre as seções de prensagem e secagem, região em que a

folha úmida atravessa, sem sustentação mecânica, na grande maioria das máquinas de

papel. O passe é a diferença de velocidade entre os acionamentos de cada uma daquelas

seções, normalmente expresso em percentual. Este passe é medido continuamente, assume

valores típicos na faixa de 2 a 4% para esta classe de máquina e processo, sendo influenciado

por diferentes parâmetros como por exemplo: o teor de sólidos (TS) com o qual a folha deixa

a seção de prensas; a velocidade da máquina; a força de aderência entre a folha úmida e a

superfície do último rolo da prensa, as ligações entre fibras, o tipo de papel produzido, etc.

O papel se alonga quando submetido à tensão, principalmente, quando está úmido.

Esta é a razão da existência deste diferencial de velocidade ou passe entre duas seções da

máquina de papel, independentemente acionadas. Assim, a folha torna-se mais susceptível


56

às quebras, na medida em que o valor do passe aumenta (Módulo de Young – tensão x

deformação) - (Thorp, 1998 e Casey, 1981) significando maior deslisamento entre as

camadas de fibras que compõem a folha de papel e, por isso, sofre aumento em seu

comprimento, devido ao tensionamento ou tração. No limite, haverá a ruptura da folha. A

correlação entre a capacidade da folha úmida de suportar tal tensão e o seu desempenho na

seção seguinte ou seção de secagem é bem conhecida. A resistência da folha úmida, para

valores típicos de 40 a 50% de teor de sólidos corresponde a, apenas 10 a 15% da resistência

do papel seco. (Kunnari, et al, 2007).

As fases ou etapas (Thorp, 1998) do processo de prensagem ou o que realmente

acontece durante a operação de prensagem da folha estão representadas na Figura 2.23.

Existem variáveis que exercem influência de grande relevância. Thorp (1998) define

estas variáveis como aquelas capazes de alterar a porcentagem de sólidos da folha que deixa

a seção de prensas em quatro pontos percentuais ou mais. Dentre as variáveis primárias

podemos citar algumas das principais (Reese, 1999) como:

1) Carga da Prensa: Carga do Nip = Carga Total (kN) / Largura do rolo (m);

2) Uniformidade da Carga da Prensa: significa uniformidade de picos de pressão e muito

afetada pela uniformidade do feltro úmido;

Figura 2.23 – Fases do processo de prensagem da folha de papel (Thorp, 1998).


57

3) Velocidade da Máquina (V): influencia inversamente o tempo de residência da folha sob

ação da prensagem;

Tempo de Residência (mseg.) = Largura do Nip (mm) / Velocidade (mpm.);

4) Impulso de Prensagem (IP): combina a carga do nip com o tempo de residência da folha

no nip;

IP (Mpa.seg) = Carga da Prensa / Velocidade da Máquina

5) Temperatura da Folha: Remoção de Água = f (tensão superficial; viscosidade). Portanto

o aumento da temperatura da folha úmida implicará em maior remoção de água;

6) Umidade da Folha na Entrada: A folha que entra na prensa com menor teor de umidade

sairá da mesma, com maior teor de sólidos;

7) Gramatura do Papel: Folhas mais espessas oferecerão maior resistência à remoção de

água, durante a operação de prensagem;

8) Propriedades da suspensão fibrosa: Especial atenção deverá ser dada ao grau de

refinação da polpa na remoção de água na seção de prensas, para um mesmo tipo de fibra e

composição da massa utilizada, com ênfase para o teor de carga mineral que contém.

A Figura 2.24 evidencia a influência do índice de retenção de água (WRV) da polpa

no teor de sólidos da folha úmida que deixa a seção de prensas de uma máquina de papel,

lembrando que, a Figura 2.7 apresenta a influência da energia de refinação no referido

índice. Da mesma forma, a Figura 2.5 mostra a influência do grau de refinação na mesma

variável. Portanto, fica clara a existência de correlação entre o grau de refinação da polpa e

o teor de sólidos da folha, na saída sãs prensas.

Figura 2.24 - Índice de retenção de água versus teor de sólidos da folha (Busker, 1982)


58

A Figura 2.25 mostra uma correlação possível entre o grau de refinação da polpa (°CSF) e o

teor de sólidos – TS (“dryness”) da folha, deixando o nip da prensa.

Figura 2.25 - Grau de refinação da polpa e teor de sólidos da folha (Reese, 1999).

9) Feltros Úmidos: características como uniformidade da superfície, capacidade de absorção

de água/resistência à compactação e dupla feltragem da prensa, ou seja, uso de feltro úmido

em cada um dos rolos da prensa, influenciarão na remoção de água.

10) Reumidecimento da Folha:

- na expansão da folha saindo do nip (minimizar);

- fora do nip (evitar).

Reese (1999) cita, também, variáveis secundárias, definidas como aquelas que

poderão alterar o teor de sólidos da folha em algum valor menor que quatro pontos

percentuais.

Além das variáveis já mencionadas, é importante que se tenha em consideração, a

relevância da utilização de uma micro-partícula, como componente do programa de

retenção e drenagem. A Figura 2.12 apresenta este efeito da micro-partícula sílica, no teor

de sólidos na saída de uma seção de prensas. Outra importante consideração, nesta direção,

é o teor de carga mineral (ex.: Carbonato de Cálcio) na composição da massa utilizada. A

presença da carga mineral facilitará a remoção da água (Laufmann, 1998), durante o

processo de prensagem pelo fato dela não apresentar afinidade com a água como a fibra de

celulose (hidrofilia).


59

2.2.7 – Oportunidades e contribuição

Como mostrado até aqui, muita informação está disponível na literatura sobre os

conceitos e os avanços tecnológicos que envolvem as variáveis operacionais analisadas

nesta dissertação. As expectativas deste estudo convergem para a direção da maioria das

propostas conhecidas, em termos de resultados, mas com ações diferentes daquelas

usualmente implantadas, as quais estão voltadas para procedimentos que envolvem, na sua

essência, grandes investimentos para o aumento de produtividade de uma máquina de

papel. Alguns exemplos práticos podem servir para uma rápida analogia. Se a produtividade

da máquina de papel precisa ser melhorada, não faltarão recomendações como: introduzir a

fibra longa no processo para o aumento da resistência da folha, como reforço para a

resistência ou instalar novos equipamentos como por ex.: uma nova caixa de entrada ou até

mesmo um novo formador, uma prensa de nip estendido, etc. Percebe-se que estas ações

são na sua maioria de natureza mecânica e, via de regra, requerem capital e elevado e longo

tempo para implantação. Logicamente, serão muito bem vindas, quando os cálculos

financeiros destes projetos apontarem para retornos interessantes para o investidor. Por

outro lado, esta dissertação sugere como alternativa imediata ou complementar, que

análises e ajustes ou modificações de certas variáveis do processo como ele está, poderão,

em muitas situações, contribuir para importante melhoria da produtividade da máquina de

papel. Naturalmente, este procedimento exigirá a compreensão dos conceitos técnicos

envolvidos bem como das inter-relações entre determinadas variáveis, no tempo. A análise

persistente e cuidadosa destas variáveis levará a resultados que, obviamente, poderão não

se equiparar com aqueles relativos a investimentos de capital, mas seguramente, farão

grande diferença nos resultados de curto prazo de uma empresa, além de não exigirem

investimentos. Acredita-se ser esta uma oportunidade além de muitas outras para

investigações que, por razões compreensíveis, não se encontram publicamente disponíveis.

Assim, no Capítulo 3, são introduzidos os estudos de casos deste trabalho, envolvendo

importantes variáveis operacionais da fabricação de papel e seus efeitos na produtividade da

máquina de papel.

Capítulo 3 – Estudos de Casos

60

Capítulo 3 - Estudos de casos

Considerando o objetivo principal deste trabalho, apresentado no Capítulo 1, sobre

analisar a influência das variáveis operacionais de um processo industrial de produção de

papel, buscando condições otimizadas de operação e tendo-se em conta a abrangência da

descrição do processo de produção de papel apresentado no Capítulo 2 (item 2.2),

apresenta-se neste capítulo uma descrição detalhada dos estudos propostos para esta

dissertação de mestrado.

Para buscar condições otimizadas de operação do processo de produção de papel,

serão analisados os efeitos de variáveis que podem causar aumento do número de quebras

de folha, quando operando fora das especificações desejadas, pois o índice de quebra de

folhas é um dos principais indicadores, da eficiência da produção (Metso, 2012).

Conforme já abordado no Capítulo 1, situações de perda de eficiência total em uma

máquina de papel, por excesso de quebras da folha, não são raras e normalmente requerem

mobilização de uma equipe multidisciplinar de trabalho para investigação da real causa do

problema bem como a proposição e implantação de ações para sua mitigação. Trata-se de

um grande problema de curto prazo para uma fábrica de papel porque, além de gerar a

inerente perda de eficiência, gera perdas associadas, como a maior produção de papel

rejeitado, o maior consumo de insumos, potencial para reclamações de clientes, trocas

eventuais de fabricação ou de programação de produção, etc. A investigação das causas de

problemas como o descrito inicia-se com uma ampla inspeção de diferentes pontos do

processo e da verificação de suas variáveis, num procedimento de rotina. O aprofundamento

do trabalho é requerido, na medida em as ações de rotina não convergem para a solução do

problema. Especialmente para esta dissertação, foram escolhidas duas daquelas situações,

registradas em um processo industrial.

Inicialmente, análises foram desenvolvidas a partir de um contexto de perda de

eficiência da máquina de papel em razão de um número de quebras relativamente elevado.

Um elevado número de variáveis do processo foi verificado, quanto ao histórico de suas

tendências, no tempo. Para avaliar a produtividade da máquina de papel foram escolhidas

duas importantes variáveis de processo, as quais estão relacionadas diretamente com o

número de quebras:


61

• formação da folha de papel;

• condutividade da celulose;

que quando fora de controle, causam um aumento direto do número de quebras

de folha, com base em dados históricos. Os resultados destas análises têm grande

importância para a prevenção de quebras da folha e redução da perda de produtividade da

máquina. A relevância do tema é reforçada pelo grande desafio, em casos como estes, da

identificação da(s) causa(s) do problema em tempo hábil, num processo de grande

complexidade, para se evitar perdas econômicas de grandes proporções.

A formação da folha de papel diz respeito à sua homogeneidade ou uniformidade. É

medida numericamente, podendo ser correlacionada com a resistência do papel. No cenário

industrial estudado neste trabalho, uma máquina de papel, produzindo folha com gramatura

de 75 g/m2 a velocidade de 980 mpm (metros por minuto), passou a apresentar 12

quebras/dia, contra seu valor histórico de 1,3 quebra/dia. A partir da rastreabilidade do

processo, incluído também o processo de produção de celulose, foi identificado um desvio

importante no índice de formação da folha, de 67 para 54 unidades (menor→pior). A partir

daí, foi verificada uma associação entre a perda de formação e perda de resistência da folha

de papel produzida. Eventual perda de resistência da folha significa potencial aumento do

número de quebras da folha de papel.

Uma das principais vantagens em se utilizar apenas fibra de eucalipto na fabricação

dos papeis de imprimir e escrever é reconhecidamente a homogeneidade ou formação do

papel produzido, especialmente, por se tratar de uma fibra curta e por isso, com chances

muito menores de produzir aglomerados de fibras ou flocos, trazendo grande benefício à

qualidade da impressão no papel. Assim, a relação entre formação deste papel e o processo

de fabricação nem sempre é motivo de grande atenção, dado o diferencial apresentado e

inerente à própria fibra. Em outras palavras, para o operador, alguma perda no índice de

formação normalmente não é associada com a produtividade da máquina de papel.

A análise descrita evidenciou notoriamente este fato, uma vez que o problema

estava instalado e sua associação com a perda de formação da folha, que é medida

rotineiramente, só foi detectada após este período de intensa investigação e análises.

Identificada a provável causa do problema, o desafio seguinte foi o de se determinar a sua

causa raiz, ou seja, o porquê da formação da folha ter piorado ou ter se desviado de seu


62

nível padrão. Concluída a análise, as ações tomadas permitiram o restabelecimento do

índice de formação histórico assim como a produtividade da máquina de papel.

Da mesma forma, numa segunda análise, a proposta foi verificar a influência do

aumento da condutividade da água que acompanha a celulose, normalmente denominada

de condutividade da celulose, no andamento das máquinas de papel de uma mesma planta.

Esta análise foi também desenvolvida dentro do processo de investigação de um problema

de perda de produtividade, por número excessivo de quebras de folha, nas quatro máquinas

de papel de uma planta integrada (a celulose é fabricada e depositada em uma torre, a 10%

de sólidos, para alimentar a fábrica de papel).

O número de quebras/mês das quatro máquinas juntas, que estava em 40

quebras/mês, alcançou valores de até 86 quebras/mês. Foi constatado que a condutividade

da celulose (Cc) se alterou de 300 para 350 micro-Siemens/cm (valores médios mensais) no

mesmo período. Mudanças em outras variáveis do processo de fabricação de papel tais

como: na condutividade da própria água branca das máquinas de papel (água drenada no

processo de formação da folha) e na retenção de sólidos (percentual do fluxo de sólidos que

alimenta a tela formadora, que segue para a seção seguinte da máquina), foram registradas.

Uma das máquinas apresentou evidências mais claras do problema, através de

severa instabilidade da drenagem, na zona de formação da folha (operação sobre uma tela

rotativa), devido à suas peculiaridades e maiores limitações de processo. Como

consequência, tornou-se impraticável, do ponto de vista operacional, manter o teor de carga

mineral do papel (carbonato de cálcio precipitado) e a velocidade da máquina, nas

respectivas metas especificadas, implicando em aumento do custo variável do produto.

Queda do nível de retenção de sólidos e sua elevada variabilidade são as principais

mudanças registradas no processo de fabricação de papel e associadas ao problema, pois

têm influência no desaguamento, durante a formação da folha. Quebras da folha podem ser

provocadas pela instabilidade nesta etapa. Aditivos químicos são adicionados ao processo

especificamente para promover a retenção de partículas finas como o carbonato de cálcio,

utilizado como carga mineral (“filler”) e fragmentos de fibras, através de um mecanismo de

coagulação e floculação, impedindo-os de atravessar a malha da tela de formação da folha,

que consiste de uma operação de filtração. Como já enfatizado no Capítulo 2 (item 2.3.1.1.

e), cátions e anions em solução interagem com os agentes de retenção, podendo alterar


63

significativamente a natureza das cargas elétricas disponíveis para o desenvolvimento do

mecanismo de retenção e promoção de drenagem, dependendo de suas concentrações.

Assim, a alteração da condutividade registrada, proporcionou alterações químicas na

chamada química da parte úmida das máquinas de papel em estudo.

Na sequência deste trabalho acadêmico foram incluídos, também, dois estudos de

melhoria contínua, visando aumentar a capacidade de desaguamento da suspensão fibrosa,

durante as etapas de formação e de prensagem da folha, em uma máquina de papel com

importantes limitações em drenagem. Como consequência natural do problema, tem-se

restrição de velocidade e, obviamente, de produtividade, além de maior vulnerabilidade à

ocorrência de quebras. Esta máquina desenvolve velocidades na faixa de 1050 a 1150 mpm,

dependendo do papel que produz e das condições do processo, possuindo acionamento

para alcançar até 1200 mpm.

Os valores iniciais do passe entre a 3ª e 4ª prensas, que servem de referência para

este trabalho, encontram-se na faixa de 2,8 – 3,4 %, maiores que as referências conhecidas,

entre 2,0 – 2,6 % (Clark, 1978). A faixa de valores correspondentes para o teor de sólidos da

folha deixando a seção de prensas está entre 40 a 42% porém, referências de comparação

para máquinas e processos similares (TIP 0404-47, 2011) inclusive dentro da própria

corporação proprietária da máquina em estudo, estão na faixa de 43 a 48%. Vale lembrar

que um incremento de apenas um ponto percentual neste parâmetro se traduz em quatro

pontos percentuais (Smook, 1992) em economia de vapor, na seção de secagem, após as

prensas.

A expectativa de resultados dos estudos foi fazer com que o teor de sólidos da

folha (TS), tanto na saída da zona de formação (entrada da seção de prensas) como na saída

da seção de prensas, sejam maiores e, portanto, de se produzir uma folha de papel que se

alongue menos (passe menor), significando uma folha mais resistente aos esforços a que é

submetida na máquina de papel.

O primeiro destes estudos visa melhorar a drenagem da máquina, com auxílio da

aplicação de sílica coloidal, agente químico auxiliar de retenção e drenagem com carga

elétrica negativa, em substituição a um produto de mesma função, regularmente utilizado,

também com carga elétrica negativa, porém de natureza orgânica. Ambos atuam,

conceitualmente, como agentes de re-floculação ordenada de flocos previamente formados


64

pela ação de um polímero (poliacrilamida aniônica – APAA) e fragmentados pelo

cisalhamento criado por peneiras pressurizadas, na etapa de depuração da suspensão

fibrosa que alimentara a máquina.

Estas micro-partículas promovem melhoria na liberação de água da suspensão, por

um mecanismo de formação de canais de escoamento desenvolvidos através da suspensão,

durante a formação da folha. Este trabalho busca melhoria da chamada drenagem química,

pois se utiliza apenas de alterações de propriedades e dosagem de produtos químicos para

promover aumento de desaguamento. A motivação técnica para a substituição mencionada

baseia-se na forte limitação da máquina em drenagem e dos resultados de avaliações

comparativas de retenção e drenagem, em laboratório, apontando para possibilidade de

ganhos em drenagem para o mesmo nível de retenção de sólidos, corroborando com o fato

de que a sílica coloidal, partícula com diâmetro de 5 nm, apresenta área superficial (BET) e

densidade de carga elétrica superiores em relação ao produto orgânico, cujo diâmetro é de

70 nm (Gess, 1998) e, portanto, com maior estabilidade e atividade no meio. Os principais

indicadores acompanhados foram: o passe e a porcentagem de sólidos da folha que deixa a

seção de prensas, além do teor de sólidos na saída da zona de formação, consumo de vapor,

propriedades do papel como porosidade, etc.

Outro importante estudo de melhoria contínua, incluído neste trabalho, tem o

mesmo propósito do anterior, ou seja, de minimizar as restrições ainda existentes para

promover liberação de água da suspensão de fibrosa, durante a produção do papel, porém

fazendo uso de outros meios disponíveis naquela mesma máquina. Com a intenção exclusiva

de garantir a produtividade da máquina de papel, ou seja, de evitar quebras da folha, os

valores praticados para essas duas variáveis do processo foram motivo de atenção, por

estarem muito diferentes daqueles já conhecidos e colocados em prática, para processos e

máquinas similares. O grau de refinação das fibras (ISO5267, 1999), que é uma avaliação

laboratorial da natureza física das fibras e indica quão livre encontra-se a água para ser

liberada das fibras durante um processo de formação de folha, foi a primeira variável

identificada. Valores médios iniciais desta variável encontravam-se entre 45 – 50 °SR, sendo

que as referências práticas de comparação para máquinas e processos similares, da própria

corporação proprietária da máquina em estudo, estavam entre 25 e 35 °SR.


65

O grau de refinação é modificado, operacionalmente, com a aplicação de energia

mecânica às fibras (golpes) por meio de um equipamento específico, denominado refinador.

Normalmente, refinar as fibras ou aumentar o °SR significa aumentar flexibilidade bem como

superfície específica das fibras e, por conseguinte, o entrelaçamento entre elas, implicando

em aumento de resistência da folha. Este fenômeno tem sérios limites tais como: perda da

capacidade das fibras para liberação da água (desaguamento mecânico e evaporação);

aumento do passe, aumento do consumo específico de vapor para a secagem do papel,

instabilidade dimensional do papel com absorção ou perda de água para o ambiente em que

é utilizado, perda de volume específico do papel, etc.

A outra variável identificada como potencial de melhoria foi a pressão linear da 3ª

prensa, que estava em apenas 90 kN/m sendo que as referências de comparação para

máquinas e processos similares da própria corporação proprietária da máquina em estudo

mostram valores na faixa de 110 – 120 kN/m. A proposta deste estudo é de redução do grau

de refinação das fibras, para aumento da capacidade de drenagem da máquina de papel em

estudo e concomitante aumento da pressão de prensas, em especial da 3ª prensa,

objetivando as faixas de referência mencionadas para cada uma das duas variáveis descritas.

A análise dos resultados e conclusões extraídas da análise de dados de testes em escala

industrial foi, analogamente ao estudo anterior, a forma demonstrar seu êxito. Os principais

indicadores acompanhados são: o passe e o teor de sólidos da folha (TS) que deixa a seção

de prensas, além do teor de sólidos na saída da zona de formação, velocidade da máquina;

consumo específico de vapor, número de quebras/mês, propriedades do papel, etc.

Esta dissertação analisa a forma com que variáveis como: a formação do papel; a

condutividade da celulose; a utilização de sílica coloidal; o grau de refinação e a pressão de

prensas podem contribuir para a melhoria do desempenho da fabricação de papel, através

de evidências produzidas a partir de testes ou avaliações industriais fundamentadas em

conceitos teóricos.

Considerando então a descrição dos problemas industriais enfrentados e as

avaliações realizadas sobre as tentativas de se contornar esses problemas, foram definidos

quatro estudos para avaliar possíveis melhorias no processo de produção de papel, cujos

objetivos específicos estão citados no Capítulo 1 e descritos na Tabela 3.1, que apresenta os

quatro estudos de casos realizados neste trabalho. Cada um desses estudos é abordado nos


66

capítulos subsequentes desta dissertação, onde suas metodologias, resultados e conclusões

serão detalhados separadamente.

Tabela 3.1 - Casos estudados neste trabalho e descrição de seus objetivos e variáveis.

Estudo #1

Título Análise do efeito da formação da folha na produtividade da máquina de papel

Objetivo Identificar os efeitos da formação da folha no índice de quebras da máquina

Variáveis analisadas

1- Índice de formação (Kajaani Index), 2- Resistência ao estouro (Mullen Test); 3- Número de quebras da folha por dia; 4- Passe (diferença de velocidade) entre 3ª Prensa e 1º grupo secador (%)

Forma de avaliação da melhoria do processo

Gráficos de correlação/regressão entre variáveis: 1-2, 2-3, 1-3 e 3-4

Estudo #2

Título Análise do efeito da condutividade da celulose na produtividade da máquina de papel

Objetivo Identificar os efeitos da condutividade da celulose no índice de quebras da máquina.


1-Condutividade da polpa (água da suspensão fibrosa), 2- Retenção de Simples Passagem (total e de cargas) 3- Teor de Carga Mineral (PCC) no papel (a 525°C) 4- Drenabilidade da Suspensão (“Canadian FreenessTest”) 5- Alcalinidade da água branca 6- Número de quebras da folha por dia 7- Eficiência Global da Máquina (OME) 8- Eficiência de tempo - Et 9- Eficiência de Produto - Ep

10 - Produção Mensal da Máquina - Pm (ton/mês) 11- Perdas de PCC para efluente - Lpcc (kg/dia)


- Gráficos de correlação/regressão entre variáveis: 1-6; 1-7; 2-10; 2-6,2-11 - Análise de coeficiente de variação para retenção e para drenabilidade da suspensão (° Freeness)


67

Tabela 3.1 - Casos estudados neste trabalho e descrição de seus objetivos e variáveis.

Estudo #3

Título Análise do efeito da substituição de micropartícula orgânica por sílica coloidal na produtividade da máquina de papel

Objetivo Identificar os efeitos da utilização de sílica coloidal, como agente de retenção e drenagem, no aumento do desaguamento da folha


1- Passe (diferença de velocidade) entre a 3ª e 4ª Prensas (%) 2- Consumo específico de vapor – Cv (kg vapor/kg papel) 3- Teor de sólidos da folha na saída da 3ª prensa – TS (%) 4- Drenabilidade da Suspensão na caixa de entrada (°SR) 5- Porosidade Gurley-Pe (permeabilidade do papel à passagem de ar) 6- Drenagem da suspensão – Fd (g água/seg) 7- Retenção de simples passagem – RSP (%)


- Gráficos do comportamento das variáveis acima listadas

Estudo #4

Título Análise dos efeitos da redução do grau de refinação da polpa combinada com o aumento da carga de prensagem na produtividade

Objetivo Identificar os efeitos da refinação e da prensagem no aumento do desaguamento da folha durante a fabricação de papel


1- Energia líquida de refinação - Er (kWh/ton) 2- Índice de retenção de água pelas fibras (IRA ou WRV) 3- Drenabilidade da Suspensão ou grau de refinação (°SR) 4- Porosidade Gurley - Pe (permeabilidade do papel ao ar) 5- Passe (diferença de velocidade) entre a 3ª e 4ª Prensas (%) 6- Teor de sólidos da folha, na saída da 3ª prensa – TS (%) 7- Teor de Carga Mineral (PCC) no papel (a 525°C) 8- Resistência ao Estouro (Mullen Test); 9- Pressão Linear das Prensas (kN/m) 10- Pressão do Vapor - Pv (psi) 11- Teor de sólidos na saída do rolo “Couch” (%) 12- Velocidade da máquina (mpm) 13- Número de quebras da folha por dia


- Gráficos do comportamento das variáveis acima listadas. - Gráficos de correlação/regressão entre variáveis: 12-6; 13- 6; 9-6; 3-6 e 3-4; - Avaliação de alterações nos valores médios das variáveis (Controle x Teste)

Nos capítulos a seguir são apresentadas as metodologias e equações (quando for o

caso) utilizadas na determinação das variáveis envolvidas em cada estudo, bem com os

resultados e conclusões individuais de cada um deles.

Capítulo 4 – Estudo #1: análise do efeito da formação da folha

68

Capítulo 4 - Estudo #1: análise do efeito da formação da folha

4.1 - Introdução

Uma máquina de papel, do tipo Fourdrinier, produzindo em média 18,5 ton/h de

papel reprográfico ou “Copy Paper”-75 g/m2, à velocidade de 980 mpm, passou a

apresentar, em um dado momento, um índice de 12 quebras da folha/dia que é um valor

bastante atípico em relação ao valor histórico de 1,3 quebra/dia. O tempo médio perdido de

produção, a cada interrupção ou quebra, era de 19 minutos. Para fins de um cálculo

financeiro aproximado, considerando-se uma margem de contribuição de, por exemplo, US$

300,00/ton papel, pode-se dizer que o problema em estudo estava diante de uma situação

de perda de US$ 18.000,00/dia. A partir da rastreabilidade do processo, incluído também o

processo de produção de celulose, foi identificado desvio importante no índice de formação

da folha, de 67 para 54 unidades (menor pior).

Análises gráficas mostraram importantes correlações entre a referida mudança da

formação da folha (“Kajaani Index”) com a medição de resistência da folha de papel ao

estouro, usualmente chamada de teste de Mullen, e destas com o número de quebras da

máquina de papel e, portanto, com sua produtividade.

O reestabelecimento do índice de formação da folha a valores conhecidos fez com

que a produtividade da máquina de papel voltasse ao patamar histórico.

4.2 - Métodos e equipamentos

-Autoline-300 - Lonrentz & Wettre - Kajaani Index, Formação da folha.

Medição da formação da folha por princípio óptico, para papeis planos. A folha é

iluminada a um nível pré-determinado, de forma que flocos de diferentes tamanhos

aparecem na imagem que é capturada com uma câmera digital e analisada por meio de um

software analisador de imagem, resultando em valores de formação, em função do tamanho

dos flocos dividido pelo comprimento de onda (Tolkki, 2009). A distribuição estatística

destes valores é determinada e o valor médio registrado como resultado.

- Norma TAPPI - T 403 om-10, 2010, “Bursting strength of paper” (Mullen).


69

Medição da resistência máxima do papel e produtos de papel ao estouro, na faixa

de 50 a 1200 kPa (7 a 175 psi), na forma de folhas planas com espessura até 0,6 mm ( 0,025

in.).

- Registros operacionais, Nº quebras da folha.

Registra a data, horário e o tempo não produtivo, referentes a cada quebra de

folha da máquina de papel, além de informações complementares inerentes ao processo de

fabricação.

As medições de formação e da resistência ao estouro (TAPPI - T 403 om-10, 2010)

da folha de papel são conduzidas à frequência definida, no laboratório de qualidade da

fábrica de papel considerada, em amostras de cada rolo de papel produzido na máquina.

Trata-se de instrumentos clássicos utilizados em fábricas de toda parte do mundo que

seguem procedimentos universais padronizados. Os valores das variáveis nos gráficos de

resultados são as médias diárias de cada uma delas, sendo que 26 a 30 rolos são produzidos

por dia.

4.3 - Resultados

Os resultados, apresentados na forma de gráficos, possibilitaram o

desenvolvimento das análises e discussões associadas. Nota-se que a partir de certo

momento, mais precisamente no 12º dia do período e analisado, a formação do papel

passou a influenciar, de forma importante, na resistência ao estouro da folha de papel

(Figura 4.1).

Figura 4.1 - Formação e Resistência ao Estouro - Médias diárias.

2426283032343638

50

54

58

62

66

70

Mul

len

-psi

Kaja

ani I

ndex

Dia

Formação e Resistência ao Estouro - Mullen Dia 1 a 31

FORMACAO REAL-MPX-QUA MULLEN REAL-MPX-QUA

ação para melhoria da formação


70

A Figura 4.2 apresenta uma correlação entre as variáveis mencionadas, referente

ao período do problema. Observa-se que se trata de uma correlação muito forte, tendo em

vista o valor do coeficiente de determinação da regressão linear calculada (R2=0,91). Este

valor indica que 91% da queda de resistência ao estouro do papel do papel são explicados

pela queda do índice de formação da folha (Spiegel, 1972; Juran, 1951). Análises de variância

e de resíduos (Minitab 17) em anexo.

Figura 4.2 - Regressão linear: Formação e Resistência ao estouro.

A Figura 4.3 mostra a correlação entre as variáveis: formação do papel e resistência

ao estouro, porém entre os valores individuais de cada uma. Observa-se, também, um

importante valor do coeficiente da regressão, corroborando o indicado no gráfico anterior.

Análises de variância e de resíduos (Minitab 17) em anexo.

Figura 4.3 – Regressão linear: Formação e Resistência ao estouro (Mullen).

y = 0,5943x - 4,8192R² = 0,9124

24

26

28

30

32

34

36

53 55 57 59 61 63 65 67 69

Mul

len

-psi

Kajaani Index

Mullen versus Formação Dia 22 a 31

y = 0,5405x - 1,6006R² = 0,689

2022242628303234363840

50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

Mul

len

-psi

Formação - Kajaani Index

Mullen versus Formação Valores Individuais - 22º - 31º dia


71

A forte correlação entre a resistência ao estouro do papel e a resistência à tração

(Lumiainen, 1998; Clark, 1978), normalmente identificada nos processos produtivos, é muito

conhecida pelo fabricante de papel. A resistência à tração, em especial aquela medida no

sentido longitudinal da folha de papel ou sentido de fabricação, é sem dúvida, de maior

interesse para o operador da máquina de papel uma vez que a folha de papel, ainda úmida,

é sempre tracionada, no sentido longitudinal. Entretanto, os resultados dos testes de

resistência ao estouro ou teste de Mullen são tradicionalmente seguidos, por se tratar de

um teste mais rápido de ser realizado em laboratório e, portanto, de resposta mais rápida ao

operador, para eventuais ajustes do processo.

Da mesma forma, é também conhecida a correlação direta entre a resistência da

folha de papel e a resistência da folha ainda úmida, durante sua fabricação. Então, do ponto

de vista operacional ou de produtividade, esta correlação justifica a preocupação para com a

resistência do papel, pois é sabido que esta mostra, indiretamente, a tendência da

resistência da folha úmida, que é determinante para a produtividade da máquina de papel.

A etapa seguinte da investigação desenvolvida nesta análise foi a de verificação da

existência de uma correlação entre as variáveis: resistência ao estouro e número de quebras

da folha, no período do problema. A Figura 4.4 mostra o comportamento destas variáveis no

período.

Figura 4.4 - Resistência ao estouro e Nº Quebras da folha.

A correlação entre a resistência ao estouro e o número de quebras de folha/dia é

mostrada na Figura 4.5. Neste ponto, foi possível entender e interpretar que o excesso de

02468101214

25

27

29

31

33

35

Nº Q

uebr

as/d

ia

Mul

len

-psi

Dia

Mullen e Nº Quebras da Folha Dia 22 a 31

MULLEN REAL-MPX-QUA QuebraFotoCelula_MPx

ação p/ melhoria da formação


72

quebras de folha na máquina papel, no período analisado estava correlacionado com a

perda de sua resistência, fato que é muito coerente e possível, do ponto de vista técnico, em

um processo de fabricação de papel. Análises de variância e de resíduos (Minitab 17) em

anexo.

Figura 4.5 - Regressão linear: Nº Quebras e Resistência ao estouro.

Finalmente, seguem os resultados, mostrados na Figura 4.6, das tendências do

índice de formação da folha (“Kajaani Index”) e do número de quebras da folha, no mesmo

período já referido anteriormente. Como esperado, o comportamento da variável formação

da folha (Figura 4.6) apresentou perfil de comportamento muito parecido semelhante ao do

teste de arrebentamento (Mullen), apresentado na Figura 4.4.

Figura 4.6 – Índice de formação e Nº Quebras da folha.

y = -1,5041x + 51,7270R² = 0,6374

02468

101214

24 26 28 30 32 34 36

Nº Q

uebr

as/d

ia

Mullen - psi

Quebras versus Mullen Dia 22 a 31

02468101214

54

58

62

66

70

Nº Q

uebr

as/d

ia

Kaja

ani I

ndex

Dia

Formação e Nº Quebras da Folha Dia 22 a 31

FORMACAO REAL-MPX-QUA QuebraFotoCelula_MPx



73

Assim, a evidência da correlação estatística entre o índice de formação da folha,

identificada como a variável que sofreu desvios significantes em relação aos seus valores

típicos do processo em estudo, e o número de quebras/dia foi determinada, mais uma vez

com valor importante do coeficiente de determinação da regressão (Spiegel, 1972),

conforme apresentada na Figura 4.7. Análises de variância e de resíduos (Minitab 17) em

anexo.

Figura 4.7 - Regressão linear: Nº Quebras e Formação.

A compilação dos dados referentes ao período analisado, em um gráfico

tridimensional (Minitab-17), reforça a interpretação dos resultados desta análise. Assim, na

Figura 4.8 nota-se, em uma forma combinada, a interferência ou efeito do índice de

formação e da resistência ao estouro da folha no número de quebras de folha da máquina

de papel em estudo.

Figura 4.8 - Nº de Quebras de folha em função do Mullen e da Formação.

y = -0,8344x + 55,4295R² = 0,5067

02468

101214

51 54 57 60 63 66 69

Nº Q

uebr

as/d

ia

Kajaani Index

Quebras versus Formação Dia 22 a 31


74

Complementando a análise de dados do processo, foi também avaliado no

mesmo período, o comportamento do passe entre a 3ª folha e o 1º grupo secador da

máquina. Como esperado, esta variável apresentou perfil muito semelhante aos mostrados

até aqui, como pode ser notado nas Figuras 4.9 e 4.10. Análises de variância e de resíduos

(Minitab 17) em anexo.

Figura 4.9 - Passe 3ª Prensa/1º Grupo e Nº Quebras da folha.

Figura 4.10 - Regressão linear: Passe 3ª Prensa/1º Grupo e Nº Quebras.

A sequência de gráficos, aqui apresentada, deixa clara que a perda de formação

interferiu significativamente na produtividade ou andamento da máquina de papel em

análise. A recuperação da variável a um nível conhecido foi mandatório para o

reestabelecimento do bom andamento da máquina de papel. É importante reforçar que o

número de quebras é uma variável discreta (acumulativa) e resistência ao estouro, assim

como a formação e o passe, são contínuas. Portanto, entende-se que a ordem de grandeza

0

2

4

6

8

10

12

14

2

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

Nº Q

uebr

as/d

ia

Pass

e-%

Dia

Passe 3ª Prensa/1ºGrupo e Nº Quebras da Folha Dia 22 a 31Ago

FORMACAO REAL-MPX-QUA QuebraFotoCelula_MPx


y = 22,7243x - 46,3188R² = 0,5688

02468

101214

2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6

Que

bras

Passe - %

Quebras versus Passe 3ª Prensa /1ºGrupo Dia 22 a 31


75

do coeficiente de determinação da regressão encontrado é, igualmente, um indicativo de

interpendência relevante entre as duas variáveis, tendo em vista a natureza de cada uma,

lembrando que a primeira não tem uma frequência regular.

Além disso, deve-se levar em conta a complexidade do processo de fabricação de

papel, no que diz respeito ao seu número de variáveis, a natureza destas variáveis e o

potencial de interação entre elas. Outro ponto de relevância a ser enfatizado neste trabalho

é a própria identificação prática de tais correlações, raramente encontradas na literatura e,

muito provavelmente, inéditas para processos de fabricação de papeis de imprimir e

escrever que utilizam apenas fibra de eucalipto como fonte de matéria prima fibrosa.

Foi verificado que, durante uma parada da máquina de papel para manutenção e

limpeza, o manômetro interno da caixa de entrada foi substituído. Foi verificado que o novo

manômetro não possuía a mesma calibração daquele que saiu, devido à falha na execução

do procedimento de calibração do mesmo. Assim, imediatamente após o reinicio de

operação da máquina, registrou-se o inicio da redução do índice de formação do papel, pois

a referência operacional de controle da variável da relação Jato/Tela continuou associada à

calibração do primeiro manômetro. Em outras palavras, o erro de calibração do manômetro

induziu a um erro na relação Jato/Tela que, consequentemente, promoveu nível de

cisalhamento diferente na formação da folha de papel (Odell, 2000; Parker, 1994)

prejudicando o índice de formação da folha e, consequentemente, a produtividade da

máquina de papel.

A Figura 4.11 apresenta a curva resultante de um experimento industrial que

mostra a típica da influência de alterações feitas na variável: relação Jato/Tela sobre a

formação da folha. Vale lembrar que este experimento foi conduzido em outra máquina de

papel, porém, produzindo o mesmo tipo de papel e também com receita muito parecida

aquela da máquina em estudo, neste ponto deste trabalho. É também importante ressaltar

que o aparelho de medição do índice de formação, neste caso específico, foi o equipamento

Ambertec, que mede variações de gramatura (g/m2) da folha e, portanto, quanto menor o

resultado numérico, melhor a formação da folha.


76

4.4 - Conclusões

Os resultados desta análise levam à conclusão de que a redução registrada no

índice de formação da folha de papel implicou na perda temporária de desempenho da

máquina de papel ou o aumento do número de quebras da folha, em razão de seu efeito

negativo na resistência da folha. A variável alcançou nível de grande sensibilidade para a

resistência da folha úmida e, consequentemente, para a estabilidade operacional. Como

mencionado, pelo fato da fibra de eucalipto, que pertence à classe das fibras curtas,

favorecer de forma importante a formação da folha (Giertz, 1993; Smook, 1992), nem

sempre a influência desta variável na resistência da folha é percebida de imediato.

Figura 4.11 - Influência da e Relação jato/tela na formação.

Conclui-se também que o processo de uso final do papel é muitas vezes mais

tolerante à perda na formação do que próprio processo de fabricação do papel, conforme

constatado no tipo de papel produzido na máquina em análise (papel reprográfico). Então, a

melhor prática que se pode tirar deste estudo é que a melhoria da formação da folha de

papel e o rigor na sua manutenção dentro de limites seguros contribuirão efetivamente para

a eficiência dos processos de fabricação e de utilização do papel. Tal prática pode e deve ser

generalizada aos diferentes segmentos da fabricação de papel.

A formação da folha de papel, que é influenciada pela relação Jato/Tela (Parker,

1994), foi prejudicada por mudança no valor real deste parâmetro de controle hidráulico da

caixa de entrada, devido à troca de um manômetro, (calibração diferente), numa parada da

0,250,300,350,400,450,500,550,600,650,700,75

0,940 0,950 0,960 0,970 0,980 0,990 1,000 1,010 1,020 1,030

Form

ação

espe

cífica

-g/

m2

Vjato/Vtela

Formação Ambertec vs. Relação Vjato/Vtela


77

máquina para manutenção. Trata-se de um evento que não é tão raro, cujo procedimento

demanda atenção.

O restabelecimento do padrão normal de desempenho de produção da máquina foi

alcançado com o restabelecimento do nível aceitável de formação da folha de papel.

Capítulo 5 – Estudo #2: análise do efeito da condutividade da celulose

78

Capítulo 5 - Estudo #2: análise do efeito da condutividade da celulose

5.1 - Introdução

Uma fábrica com capacidade anual de produção de aproximadamente 430.000 ton

de papel de imprimir e escrever enfrentou o problema de número excessivo de quebras de

folha, a partir do 3º mês analisado neste estudo, nas quatro máquinas de papel em operação

naquela unidade.

As máquinas operavam à velocidade entre 500 e 1070 mpm, na produção de papeis

off-set, em diferentes gramaturas, processo alcalino, utilizando apenas fibra de eucalipto

como fonte de celulose e carbonato de cálcio precipitado (PCC) como carga mineral, na faixa

de 12 – 24%, dependendo do papel produzido. Uma das máquinas, dedicada à produção de

papel reprográfico 75 g/m2, apresentou severa instabilidade da drenagem na mesa plana,

traduzida nas variações da posição da linha úmida na mesa. Além disso, foi registrada

expressiva diminuição da vida útil do feltro pick-up, associada à perda elevada de carbonato

de cálcio para o efluente, a partir dos separadores das caixas de vácuo para

condicionamento/limpeza do feltro (“UHLE boxes”) daquele feltro. Como consequência,

tornou-se impraticável do ponto de vista operacional, manter o teor de carga mineral do

papel (carbonato de cálcio) na meta especificada, significando aumento do custo variável do

produto. Em vista de tais evidências, esta máquina demandou maior esforço para o

reestabelecimento das suas condições operacionais ideais.

Financeiramente, o problema foi de grande impacto, principalmente, pelo fato de

se operar as máquinas de papel à eficiência global reduzida. O valor projetado para a perda

anual relativa ao problema, se não resolvido, foi de, aproximadamente, US$ 2.5 milhões.

A investigação das causas do problema teve início através da análise de variáveis do

processo que identificou importantes mudanças na retenção de simples passagem de cinzas

das máquinas de papel, assim como na condutividade da água branca das máquinas e suas

respectivas variabilidades, que estavam associadas à instalação de uma nova prensa, no

último estágio de branqueamento de celulose, em substituição ao antigo filtro engrossador

de massa (“decker”).


79

A ação imediata, com abrangência para as quatro máquinas de papel, foi a de

abertura do circuito, novamente, através da adição de um volume de água fresca na diluição

da polpa virgem substituindo parte da água branca reciclada da fábrica de papel,

reestabelecendo os níveis originais de condutividade e retenção. Para a máquina mais

sensível ao problema, foi introduzido um polímero (APAA) para promover mais retenção e

estabilidade de drenagem.

5.2 - Métodos e equipamentos

- Norma TAPPI 211 om-12, “Ash in wood, pulp, paper and paperboard: combustion at 525°C”,

2012. Determinação de cinzas em todos os tipos e classes de papel feito a partir de polpa de

madeira e seus derivados.

- Norma TAPPI 227 om-09, “Freeness of pulp” (“Canadian standard method”), 2009. Medição

da taxa na qual uma suspensão diluída de polpa (3g de polpa em 1 litro de água) deve ser

drenada.

- Norma TAPPI 240 om-12, “Consistency (concentration) of pulp suspensions”, 2012. Medição

da consistência ou concentração da suspensão aquosa de fibras. É aplicável às suspensões

com consistência até 25%.

- Norma TAPPI 252 om-12, “pH and electrical conductivity of hot water extracts of pulp,

paper, and paperboard”, 2012. Determinação do pH e da condutividade em amostras do

extrato quentes de suspensão fibrosa, papel e cartão.

- Informação Técnica TAPPI - TIP 0404-47, “Paper machine performance guidelines”, 2011.

Lista valores de referência para parâmetros relacionados com o desempenho da máquina de

papel, para a maioria das classes de papel, e oferece sugestões para a aplicação destas

referências.

- Informação Técnica TAPPI -TIP 0502-13,”Retention definitions”, 2010. Define o significado

de termos comumente usados no processo de fabricação de papel: retenção

- Registros Operacionais, Nº Quebras da Folha. Registra a data, horário e o tempo não

produtivo, referentes a cada quebra de folha da máquina de papel, além de informações

complementares inerentes ao processo de fabricação.


80

- Relatório de perdas da fábrica, Perdas de Carbonato de Cálcio. Calcula e registra as perdas

para o efluente da fábrica, a partir de amostragem regular do efluente de cada máquina de

papel bem como da medição e integração de sua vazão.

5.3 – Equações

- Retenção de simples passagem:

RSP = 100 x (Cce – Cab)/Cce (5.1)

- Coeficiente de variação:

COVnσ = nσ/Xm (5.2)

- Eficiência Total da Máquina:

OME = Et x Ep (5.3)

5.4 - Resultados

Os resultados de relevância técnica extraídos desta análise são apresentados

graficamente e discutidos.

a) Relação de causa e efeito entre Condutividade da Polpa e Quebras de Folha

Figura 5.1 - Condutividade da celulose e Nº de Quebras – Médias mensais.

40

54

70

86

61

78

64

40

5246

36

303

323 321

349 343332

316

297283 279 273

220236252268284300316332348364380

2030405060708090

100110120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Con

dutiv

idad

e (µS

/cm

)

Nº Q

uebr

as /m

ês

Mês

Condutividade da Polpa e Nº Total de Quebras .

Nº Total de Quebras Condutividade da Polpa.

abertura do circuito


81

Figura 5.2 - Regressão linear: Nº Total de quebras e Resistência ao estouro.

Análises de variância e de resíduos (Minitab 17) em anexo. b) Relação de causa e efeito entre Condutividade da celulose e OME total

Figura 5.3 - Condutividade da celulose e Eficiência total das máquinas.

As Figuras 5.1 a 5.3 evidenciam a identificação da causa raiz do problema

investigado. Imediatamente após a implantação do plano de ação, construído a partir da

análise de variáveis do processo, teve início a redução da condutividade da polpa (Cc) com a

ação de abertura parcial do circuito do processo de produção de papel, por meio de

introdução de um volume de água fresca na diluição da celulose que deixava a prensa final

y = 0,5163x - 103,37R² = 0,6645

2030405060708090

100

250 275 300 325 350 375

Nº T

otal

de

Que

bras

/mês

Condutividade da Polpa (µS/cm)

Nº Total de Quebras e CondutividadePeríodo de 11 meses

95,06 95,06

94,19

93,51

94,38

93,80

94,19

94,09

95,16

94,9794,48

303

323 321

349 343332

316

297283 279

273

220

252

284

316

348

380

93,0

93,5

94,0

94,5

95,0

95,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Con

dutiv

idad

e (µS

/cm

)

OM

E -%

Mês

Condutividade e OME Total

OME Total Condutividade da Polpa.



82

da planta para ser armazenada na torre de alta densidade, a 10% de consistência. O

resultado direto desta ação foi o início da estabilização do andamento das máquinas de

papel da fábrica, através de redução gradativa do número diário de quebras.

Nota-se que os resultados apresentados estão em total conformidade com a

literatura existente (Gess, 1998; Guess, 2001), que discute, dentre outros aspectos, a

influência do fechamento do circuito de água branca na retenção de cargas e finos durante o

processo de formação da folha de papel. Este fenômeno é interpretado como a ocorrência

de neutralização de cargas elétricas nas superfícies da celulose e dos agentes de retenção

utilizados (amido catiônico e sílica coloidal), pelos íons em excesso, como consequência do

fechamento do circuito, excesso este evidenciado pelo aumento da condutividade ou da

concentração de íons dissolvidos na suspensão fibrosa da polpa e, consequentemente, pelo

aumento da condutividade da água branca do processo de produção de papel. A resultante

deste processo foi perda de capacidade de adsorção das partículas eletricamente carregadas

e, consequentemente, a perda da retenção e o aumento em sua variabilidade, pela redução

da resistência dos flocos formados ao cisalhamento (Hagemeyer, 1992). Como a retenção de

cargas e finos tem relação estreita com drenagem ou desaguamento da suspensão, as

mudanças registradas na retenção influenciaram o desaguamento e, portanto a

uniformidade da folha úmida, no processo, desencadeando rupturas mais frequentes da

folha (quebras) em razão da instabilidade na drenagem.

A alteração da condutividade da celulose aconteceu com a instalação de uma

prensa, no último estágio de branqueamento de celulose, que substituiu o antigo filtro

lavador e engrossador, a vácuo. Este novo equipamento passou a demandar maior volume

de água drenada no processo de fabricação de papel (água branca), reciclada para

manutenção da consistência da massa colocada na torre de estocagem em 10%. Isto significa

fechamento ainda maior do circuito de água das máquinas de papel, que provoca a

concentração de íons solúveis e coloides no sistema. Este efeito interferiu na atividade dos

aditivos mencionados. Um plano de ação foi elaborado e implantado.

Este tipo de correlação entre variáveis, extraída de dados do próprio processo

industrial e associada a um período relativamente longo de análise, não está normalmente

registrado na literatura disponível para o processo estudado. Dentre as razões para isso

pode-se mencionar: a necessidade do acesso aos dados e do acompanhamento regular do


83

processo, a familiaridade com o processo e sistemas, a compreensão de eventos registrados

no período analisado, etc.; para o real entendimento das referidas interações e conclusões.

Os resultados seguintes dizem respeito à apenas uma máquina de papel,

denominada neste trabalho como MPx, que, pela natureza de seu produto/processo,

demandou ação adicional, que foi a aplicação de um polímero auxiliar de retenção, como

forma de promover maior robustez no programa de retenção drenagem (Scott, 1992; Gess,

1998).

c) Relação de causa e efeito entre Retenção de Cargas e a Produtividade da MPx

Os resultados obtidos na MPx com a introdução de poliacrilamida aniônica

(polímero de alta massa molar e média densidade de carga – cadeia linear) são ilustrados

nas Figuras 5.4 a 5.7. A aplicação inicial foi de 137 g/ton (mês 9). No 10º e 11º mês foram

dosados 219 e 243 g/ton, respectivamente. Nota-se uma estabilidade dos indicadores de

produtividade da máquina com impacto incisivo (Smook, 1992), a partir da introdução do

polímero no processo, na redução das perdas de carbonato de cálcio (Lpcc) para o efluente

(Figura 5.6) possibilitando a aplicação desta carga mineral de forma consistente no processo

(Figura 5.7). A utilização do polímero permitiu o desenvolvimento da retenção de carga

através de uma ligação mais forte entre partículas de carbonato de cálcio (PCC) e fibras, não

permitindo então a perda ou fácil liberação do PCC da folha úmida para o feltro pick up da

máquina de papel. Esta transferência descontrolada de partículas de PCC para o feltro

implica, também, em desgaste prematuro da vestimenta, em função da abrasividade do

mineral (Manson, 1995). Portanto, a referida mudança promoveu, também, o aumento da

vida útil do feltro pick up da MPx, de 30 para 45 dias. Outro grande benefício associado a

esta ação, como já mencionado, foi o da redução de variabilidade das variáveis de processo

inerentes à retenção e drenagem, como mostram os gráficos que seguem.


84

Figura 5.4 - Influência da retenção de cargas na produção de papel.

Figura 5.5 - Influência da retenção de cargas no Nº quebras de folha.

397,5

386,8

397,2

373,5

372,9

371,8

379,4

392,2

393

392,2

393,1

39

4342

4039

40

4544

51

5556

35

39

43

47

51

55

59

360

370

380

390

400

410

420

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Ret

ençã

o C

arga

s -%

Prod

ução

-ton

/mês

Mês

Retenção de Cargas e Produção da MPx

Produção - MPx Retenção de Cargas - MPx


aplic. polímero

6

20

17

28

2122

28

15

2015 15

39

4342

4039

40

4544

51

5556

35

40

45

50

55

60

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Ret

ençã

o de

Car

gas -

%

Nº Q

uebr

as / m

ês

Mês

Retenção de Cargas e Nº Quebras da MPx

Nº Quebras - MPx Retenção de Cargas - MPx


aplic. polímero


85

Figura 5.6 - Influência da retenção de cargas das perdas de CaCO3.

Figura 5.7 - Evolução da % PCC no papel.

d) Melhoria da Retenção e Drenagem e Redução de Variabilidade com aplicação de

polímero.

Os resultados, aqui apresentados, indicam a relevância da utilização de um

programa de retenção e drenagem eficiente e robusto, que permita a manutenção das

variáveis em níveis compatíveis com o processo e forte o suficiente para manter a

estabilidade apropriada daquelas variáveis. Os parâmetros apresentados nas Figuras 5.8 a

7,47,0

6,77,3

6,16,7 6,6 6,5

4,5

4,0

3,0

39

4342

4039

40

4544

51

5556

35

39

43

47

51

55

59

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Ret

ençã

o de

Car

gas-

%

kg P

CC

/ton

pape

l

Mês

Perdas de PCC e Retenção de Cargas da MPx

Perda de PCC para Efluente Retenção de Cargas - MPx

14,8

16,1 15,9 15,9

14,7

17,6 17,6

18,3 18,1 18,4 18,4

14

15

16

17

18

19

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

% P

CC

Mês

Carga Mineral no Papel - MPx


aplic. polímero


86

5.12 foram analisados em dois períodos distintos, de 16 dias cada um, nas mesmas

condições de produção. O primeiro, imediatamente antes do inicio da aplicação do polímero

agente de retenção. O segundo período, com a aplicação daquele agente químico, já

consolidada.

Figura 5.8 - Efeito da aplicação do polímero (APAA) na retenção.

Figura 5.9 - Efeito do aumento da retenção na sua variabilidade (COV1σ ).

46 5878 84

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Período de 16 dias sem polímero Período de 16 dias com polímero

%

Retenção Simples Passagem - MPx

Retenção de Cargas Retenção Total

8,7

2,93,61,4

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


CO

V1σ

-%

Variabilidade da Retenção Simples Passagem - MPx

Retenção de Cargas Retenção Total

- 67 %


87

Figura 5.10 - Efeito da retenção na drenabilidade da polpa.

Destes resultados, nota-se que, por exemplo, a redução de variabilidade nas

variáveis de retenção de cargas e finos e na drenabilidade da polpa (°Freeness) está

associada ao nível da retenção. Em especial, a Figura 5.10 mostra que, apesar da massa ter

sido mais refinada (°CSF: 430 ml), no segundo período, a drenabilidade da suspensão,

medida em amostras da a caixa de entrada, aumentou de forma significativa (°CSF: 471 ml).

Este último valor é influenciado pela refinação e pelo grau de floculação promovido pelo

programa de retenção e drenagem. Outra clara evidência do efeito do polímero no processo,

mostrada na Figura 5.11, foi a de redução do coeficiente de variação (COV) da drenabilidade

na caixa de entrada, de maneira importante, sem ter sido influenciada pela variabilidade da

massa refinada, cujo COV não se alterou. Tal fenômeno é traduzido como robustez do

sistema de retenção e drenagem, alcançada com o aumento do nível de retenção de cargas,

alcançada, principalmente, pela introdução de um polímero (Hagemeyer, 1992; Gess, 1998).

Por fim, percebe-se a partir da Figura 5.12, o efeito do aumento da retenção de

cargas na redução do carbonato solúvel na água branca ou drenada na zona de formação da

máquina de papel, indicado pela diminuição de sua alcalinidade - Alc (T428 om-13, 2013) e,

também, da variabilidade desta variável na água branca.

455471

448430

400

410

420

430

440

450

460

470

480


CSF

(ml)

°Freeness Médio (°CSF) - MPx

Caixa de Entrada Refinadores


88

Figura 5.11- Efeito da retenção na variabilidade da °CSF (COV1σ ).

Figura 5.12 - Efeito da retenção na alcalinidade (Alc) na sua variabilidade.

Para a mitigação da causa do problema estudado nesta análise, considerou-se a

imediata abertura do circuito de água das máquinas de papel, pela adição de um

determinado volume de água fresca, na diluição da polpa oriunda da prensa e, também, a

adição de um polímero de retenção (poliacrilamida aniônica-APAA), no processo da máquina

que apresentou maior sensibilidade ao problema (Gess, 1998). Esta última medida

promoveu significante aumento da retenção de sólidos e redução de sua variabilidade,

significando um sistema de retenção mais robusto ou menos sensível às variações do

processo.

5,7

3,43,3 3,4

0

1

2

3

4

5

6


CO

V1σ

-%

Variabilidade do °Freeness - MPx

Caixa de Entrada Refinadores

- 40%

199151

12

6

0

2

4

6

8

10

12

14

0

50

100

150

200

250

Período de 16 dias sem polímero

Período de 16 dias com polímero

CO

V1σ

-%

ppm

. CaC

O3

Alcalinidade da Água Branca - MPx


89

5.5 - Conclusões

Resumidamente, pode-se ressaltar que os resultados desta análise convergem às

seguintes afirmações:

a) O número total de quebras das máquinas foi reduzido conforme o objetivo proposto (40

quebras/mês) e o OME total de todas as máquinas (“Overall Machine Efficiency”)

aumentou de 94,0 para 94,9 %;

b) As perdas de PCC (Lpcc), para o efluente, foram reduzidas de 6,5 para 3,5kg de PCC/ton, na

MPx;

c) A vida do feltro pick-up, da MPx, foi estendida de 30 para 45 dias, com potencial para 50

dias;

d) A % PCC no papel da MPx, alcançou valores consistentes acima de 18%.

Conclui-se que o número total de quebras de folha, nas quatro máquinas de papel,

estava sendo influenciado, significativamente, pela mudança na condutividade da polpa e foi

sensivelmente reduzido através da redução da condutividade da polpa.

O fechamento do circuito de água branca, imposto pela implantação de um novo

projeto na planta de celulose (fábrica integrada), implicou na concentração de eletrólitos no

processo de fabricação de papel, interferindo na eficiência dos agentes de retenção e,

consequentemente, na estabilidade do processo de retenção e drenagem das máquinas

(Gess, 2001; Manson, 1995). Ressalta-se aqui, que os programas de retenção, então

utilizados, apresentavam certa vulnerabilidade para o fenômeno descrito, pelo fato de

terem apenas amido catiônico e sílica coloidal como componentes. Portanto, a abertura do

circuito, foi necessária, no curto prazo, para restabelecimento do nível anterior de

condutividade da polpa. A alteração da condutividade da celulose aconteceu com a

instalação de uma prensa, no último estágio de branqueamento de celulose, que substituiu

o antigo filtro lavador e engrossador, a vácuo. Este novo equipamento passou a demandar

maior volume de água drenada no processo de fabricação de papel (água branca), reciclada

para manutenção da consistência da massa colocada na torre de estocagem em 10%. Isto

significa fechamento ainda maior do circuito de água das máquinas de papel, que provoca a

concentração de íons solúveis e coloides no sistema. Este efeito interferiu na atividade dos

aditivos mencionados. Um plano de ação foi elaborado e implantado. Essencialmente,

considerou-se a imediata abertura do circuito de água das máquinas de papel, pela adição


90

de um determinado volume de água fresca, na diluição da polpa oriunda da prensa e,

também, a adição de um polímero de retenção, no processo da máquina.

A adição de um polímero (poliacrilamida aniônica-APAA) para promover floculação

na MPx, possibilitou significante aumento da retenção de cargas e a redução de sua

variabilidade, tornando seu processo mais estável e menos sensível às variações oriundas do

processo de fabricação de celulose(Gess, 1998). Esta nova condição da química da parte

úmida favoreceu a ancoragem das partículas de carbonato de cálcio às fibras, reduzindo

significativamente a chance de se soltarem, quando a folha úmida formada encontra a

superfície do feltro pegador ou feltro “pick up”, deteriorando-o prematuramente em razão

da abrasividade da carga mineral, além de aumentar a perda de carbonato de cálcio para o

efluente, através da água de limpeza do feltro.

A preocupação com a interferência de agentes de retenção na formação da folha de

papel está sempre presente, em razão da floculação inerente ao processo de

desenvolvimento da retenção de partículas finas. Neste estudo, mais especificamente no

caso da máquina em que foi adicionado o polímero, não foi diferente. A formação da folha

foi monitorada e mantida em nível aceitável, praticamente, equivalente ao anterior.

Capítulo 6 – Estudo #3: análise do efeito da substituição de micropartícula orgânica por sílica coloidal

91

Capítulo 6 - Estudo #3: análise do efeito da substituição de micropartícula

orgânica por sílica coloidal

6.1 - Introdução

A motivação para este estudo foi deficiência e a limitação para desaguamento ou

drenagem apresentada pela máquina de papel, evidenciadas pelo teor de sólidos da folha

úmida, relativamente baixo na saída da zona de formação e também na saída da seção de

prensas.

Os fundamentos teóricos mostram que, para o bom desempenho de uma máquina

de papel, em especial para aquelas de maior velocidade, o teor de sólidos da folha que deixa

a seção de prensas deve alcançar valores compatíveis com as referências práticas bem

conhecidas (TIP 0404-47, 2011). Neste caso específico, as características principais da

máquina e do processo encontram-se na Tabela 6.1., a expectativa para este parâmetro é de

se alcançar valores maiores ou iguais a 44% de sólidos. Desta forma, a folha úmida alcançará

resistência suficiente para suportar a tensão imposta para o seu transporte através da

máquina de papel.

Os recursos mecânicos disponíveis para a aceleração do desaguamento da folha

foram explorados, antes da substituição da micro-partícula, como o exemplo da intensidade

de aplicação de vácuo na zona de formação, o desenvolvimento de feltros úmidos com

características mais apropriadas, aumento da pressão do vapor na caixa de vapor, etc.

Entretanto, permanecia ainda a restrição para a aceleração da drenagem e consequente

melhoria do desempenho da máquina de papel.

Moberg (1991) aponta que a utilização de sílica facilitará, também, a drenagem,

durante a prensagem ou consolidação da folha úmida. Pelo fato da sílica ser uma partícula

inorgânica de área específica superior àmicro-partícula orgânica, até então em uso, na

máquina de papel em questão, testes laboratoriais, comparativos, de retenção e drenagem

foram previamente conduzidos, cujos resultados suportaram a realização de um teste

industrial.

As principais características da máquina e processo deste estudo são apresentadas

na Tabela 6.1.


92

Tabela 6.1 – Características da máquina e processo em análise.

O desenho esquemático de um formador do tipo “Gap Former” é mostrado

na Figura 6.1, cuja principal característica é o lançamento do jato de massa no espaço ou

“gap” entre duas telas formadoras. É importante frisar que existem diferentes desenhos

para este tipo de formador.

Figura 6.1 – Desenho esquemático de um “Gap Former”. (Thorp, 1998).

Gap Roll/Blade

Máquina

de Papel

Fabricante Voith Máquina e Equipamentos - Brasil

Ano de instalação 1992

Velocidade 1100 mpm

Largura do rolo Jumbo 4700 mm

Papel Imprimir e Escrever

Gramatura 75 g/m2

Taxa de produção 23,3 ton/h

Caixa de Entrada Hidráulica

Formador Gap Former (ex.: Figura 6.1)

Seção Prensas Tri-Nip + 4ª Prensa; Caixa de Vapor

Processo

pH caixa entrada 8.0

Sistema de Retenção

Amido Catiônico – Fécula de Mandioca

Poliacrilamida Aniônica.

Micro-partícula

Grau de Refinação 40 °SR (Shopper Riegler)


93

6.2- Métodos e equipamentos

- Norma ISO 5267-1, “Pulps Determination of drainability - Part 1: Schopper-Riegler method”,

1999. Determinação da drenabilidade de suspensão de polpa de celulose em água,

utilizando-se do método “Shopper Riegler”. O teste Schopper Riegler fornece uma medida da

taxa na qual uma suspensão diluída de polpa pode ser desaguada. A drenabilidade da polpa

de celulose está relacionada com as condições da superfície e o inchamento das fibras,

significando um indicador valioso da quantidade de tratamento mecânico ao qual a polpa de

celulose foi submetida.

- Norma TAPPI - T 211 om-12 – “Ash in wood, pulp, paper and paperboard: combustion at

525°C”, 2012. Determinação de cinzas em todos os tipos e classes de papel feito a partir de

polpa de madeira e seus derivados.

Norma TAPPI - T 240 om-12 – “Consistency (concentration) of pulp suspensions”, 2012.

Medição da consistência ou concentração da suspensão aquosa de fibras. É aplicável às

suspensões com consistência até 25%.

- Informação Técnica TAPPI -TIP 0502-13 – “Retention definitions”, 2010. Define o significado


- Norma TAPPI - T 536 om 12 – “Resistance of paper to passage of air” (“high-pressure Gurley

Method”), 2012. Medição do tempo requerido para que certo volume de ar passe através da

amostra de papel sendo testada. A pressão do ar é gerada por um cilindro

gravitacionalmente carregado, que captura um volume de ar dentro de uma câmara com

selo líquido.

- Norma TAPPI T-261 cm-10 – “Fines fraction by weight of paper stock by wet screening”,

2010. Medição do conteúdo percentual de finos, em peso, de amostras de massa de papel

ou de suspensão através de um classificador de peneira única. Um procedimento modificado

permite usar o aparelho para mediar a tendência da fração de finos em ser retida por uma

fração de fibras sob condições de turbulência controladas ou graduadas. O aparelho

recomendado é o Jar Test (Figura 2.8).

- Medição na própria máquina - Passe. O passe é a diferença de velocidade entre os

acionamentos de seções subsequentes de uma máquina de papel, normalmente expresso


94

em percentagem. Tal diferença existe como compensação para o alongamento sofrido pela

folha de papel, quando é tracionado da seção anterior para a posterior.

- Medição na própria máquina - Consumo específico de vapor. Razão entre o consumo

horário de vapor para secagem da folha e a produção horária da máquina de papel.

Normalmente expresso em kg de vapor/kg papel.

6.3 - Equações

Retenção de simples passagem:

RSP = 100 x (Cce – Cab)/Cce (6.1)

6.4 – Resultados

6.4.1 - Ensaios laboratoriais

O ensaio laboratorial foi conduzido para avaliar a sensibilidade dos dados de

retenção e drenagem em relação às alterações na dosagem da sílica bem como aos

resultados alcançados com a utilização da micro-partícula orgânica, até então, em uso na

máquina de papel em estudo.

Os resultados apresentados na Figura 6.2 indicaram que, com a introdução da sílica

coloidal no processo, seria possível desenvolver retenção de cargas e finos, assim como a

drenagem da suspensão (Fd), durante a formação da folha nos mesmos níveis alcançados

com a micropartícula orgânica, além de recurso para melhoria destes parâmetros com

incrementos em sua dosagem específica. Com o trabalho prévio, em laboratório, foi possível

verificar que a substituição proposta seria factível e sem grande risco ao processo produtivo.

Além disso, experiências com outras máquinas de papel, em processo semelhante,

corroboravam esta última afirmação, sobre o risco ao processo.


95

Figura 6.2 - Efeitos da aplicação de sílica na retenção e drenagem (Fd).

6.4.2 - Teste Industrial

A micropartícula orgânica, uma poliacrilamida aniônica de cadeia ramificada que

estava em uso regular no processo, foi substituída pela sílica coloidal (micropartícula

inorgânica), no mesmo ponto de aplicação, ou seja, após a peneira pressurizada ou

depurador primário.

Condições do experimento:

- Referência: micropartícula orgânica dosada à razão de 440 g/ton.

- Experimento: Sílica + Polímero (APAA – «anionic polyacrilamida») nas dosagens de

2,5 kg/ton e 90 g/ton, respectivamente.

- Velocidade da Máquina : 1085 mpm.

- Gramatura : 75 g/m2

- PCC no papel : 18 %

- Outros parêmetros : inalterados

6.4.3 - Resultados

Os resultados obtidos da análise desenvolvida neste capítulo são apresentados a

seguir, na forma gráfica. O primeiro gráfico (Figura 6.3), mostra, em especial, o momento em

que a micropartícula orgânica foi substituída pela sílica coloidal.

10

12

14

16

18

20

22

35

40

45

50

55

60

65

Micro-Partícula Orgânica 200 g/ton

1 2 3 4

Dre

nage

m -

gH20

/sec

Ret

ençã

o C

arga

-%

Sílica kg/ton

Efeito da Sílica na Drenagem - LaboratórioSílica + 200 g Polímero/ton papel

Retenção de Carga Drenagem


96

Figura 6.3 – Momento da interrupção da micropartícula orgânica.

Conforme indicado na Figura 6.3, o experimento em fase industrial teve início às

11:30 h do primeiro dos três dias analisados, sendo que as primeiras 11 horas deste mesmo

dia serviram de referência para as análises comparativas que se seguiram. A sílica é

fornecida e armazenada a 15% de concentração (% de sólidos) e diluída seis vezes, em linha,

para então ser injetada na parte constante da máquina de papel, imediatamente após o

depurador primário. A substituição da micropartícula orgânica pela aplicação de sílica

aconteceu de forma gradativa, numa operação que durou, aproximadamente, três horas.

Entretanto, nota-se pelos resultados apresentados nos gráficos, que o processo tomou um

tempo maior para a completa estabilização e ajustes para a nova condição.

Na Figura 6.4, observa-se a redução gradual do passe (%) entre a 3ª e 4ª prensas,

ajustado pelo operador. Esta redução fez-se necessária em razão do aumento de tensão da

folha úmida que, pela primeira vez em seu percurso se encontra sem sustentação. A

tendência de aumento de tensão da folha, percebida visualmente pelo operador, devido ao

fato da folha estar alongando menos, assim como a redução do consumo específico de

vapor (Cv), conforme evidenciado na Figura 6.5, são indicadores operacionais e de processo

inerentes ao aumento do teor de sólidos da folha úmida, deixando a 3ª prensa da máquina

de papel em estudo e, consequentemente, do aumento do desaguamento ou de drenagem

da folha durante o processo de formação e prensagem, confirmando a expectativa da

proposta (Moberg, 1991).


97

Figura 6.4 - Passe (%) entre a 3ª e 4ª prensas.

Figura 6.5 – Consumo específico de vapor - Cv.

A evidência do aumento do teor de sólidos na saída da prensa é apresentada na

Figura 6.6, cujos valores desta variável só são conseguidos a partir de eventuais quebras da

folha ou interrupção da produção, provocadas por algum distúrbio operacional ou de

processo, durante os quais é possível a coleta de amostras em dois pontos transversais da

folha úmida, seguindo procedimento técnico pré-definido (TIP 0404-01, 2002). Portanto, são

pontos eventuais, mas de grande importância na interpretação dos resultados. O aumento

do valor desta variável é, talvez, a principal busca do fabricante de papel para a garantia da

produtividade da máquina. É sempre um ponto de muita atenção, se não o de maior

atenção, por parte do operador da máquina de papel. Nesta região, a folha úmida funciona

de maneira semelhante à de um fusível elétrico, como a parte mais suscetível à ruptura em


98

caso de um esforço excessivo, sendo, portanto, a primeira a se romper (quebra).

Logicamente, quanto mais úmida a folha, maior a probabilidade de ruptura.

Figura 6.6 – Teor de sólidos da folha na saída da 3ª prensa.

T. Seco 3ª Pr. Co: Teor seco (%) da folha que deixa a 3ª prensa da máquina, cuja

amostra foi coletada à, aproximadamente, 50 cm da borda da folha, do lado de comando

(Co.) ou de operação da máquina.

T. Seco 3ª Pr. Tr: teor seco (%) da folha que deixa a 3ª prensa da máquina, cuja

amostra foi coletada à, aproximadamente, 50 cm da borda da folha, do lado da transmissão

(Tr.) ou de acionamento da máquina.

O consumo específico de vapor e o teor de sólidos da folha, apresentados nas

Figuras 6.5 e 6.6, respectivamente, são variáveis interdependentes, ou seja, o consumo

específico de vapor da máquina é função do teor de sólidos. Assim, estes resultados atestam

o efeito da alteração feita no processo. As Figuras 6.7 e 6.8 refletem, também, evidências de

mudanças que ocorreram no processo e no papel produzido em função da introdução da

sílica no sistema. A Figura 6.7 mostra a redução do grau Schopper Riegler - °SR (ISO 5267-1,

1999), medido na suspensão da caixa de entrada. Esta variável indica o grau de

drenabilidade da suspensão, que será maior na medida em que seu valor numérico é

reduzido. Da mesma forma, a Figura 6.8 deixa clara a ação da nova micro-partícula na

porosidade (Pe) ou permeabilidade do papel, ratificando a sua maior capacidade de liberação

da água da folha nas diferentes seções da máquina de papel através de alteração da sua


99

estrutura (Moberg, 1991; Nilsson, 1994), deixando canais ou microporos para a passagem da

água.

Numericamente, a relação identificada entre o ganho do teor de sólidos na saída da

Prensa (+1,5 ponto percentual) e a redução no consumo de vapor (- 7,25%) está dentro do

esperado, uma vez que, teoricamente, a expectativa é de economizar 4% em vapor para

cada ponto percentual aumentado no teor de sólidos na saída da seção de prensas (Thorp,

1998).

Figura 6.7 - Grau Schopper Riegler - caixa de entrada.

Figura 6.8 – Permeabilidade da folha à passagem de ar.


100

6.5 – Conclusões

Os resultados apresentados nesta análise remetem às afirmações que se seguem:

a) Aumento do teor de sólidos da folha, na saída da 3ª prensa, de 42 para 43,5%.

b) Redução de passe da 3ª para a 4ª prensa, de 3,0 para 2,45%.

c) Redução do consumo específico de vapor, de 2,07 para 1,92 kg vapor/kg papel.

d) Redução do grau Schopper Riegler (ISO 5267-1, 1999) da massa da caixa de entrada de 33

para 29,5 ml, significando o aumento da drenabilidade da suspensão.

e) Redução da permeabilidade da folha ao ar - Pe (porosidade Gurley), de 12 para 10,2

seg./100ml (T 536 om 12, 2012).

No experimento analisado, ficou demonstrada a influência positiva da substituição

da micro-partícula orgânica por sílica coloidal na drenagem da folha no extremo úmido da

máquina de papel em estudo. Conforme a expectativa baseada em relatos da literatura

(Moberg, 1991; Nilsson, 1994), o fato é evidenciado tanto pelos resultados preliminares

obtidos em laboratório como pelas mudanças registradas nos valores ou patamares dos

principais indicadores operacionais inerentes à alteração promovida no processo. Trata-se

da evidência prática da chamada drenagem química, alcançada com o auxilio de um agente

químico, no caso a sílica coloidal. Este efeito atendeu ao objetivo proposto que, pelo fato da

máquina em estudo estar limitada para desenvolvimento da drenagem mecânica, foi de

aumentar sua capacidade de drenagem, pela ação de um agente químico que,

consequentemente, a sua produtividade.

A micropartícula tem pelo menos duas funções no processo, que são: auxiliar no

mecanismo de retenção de finos e contribuir no desenvolvimento da drenagem, sendo esta

última explorada nesta análise. Entretanto, a retenção de cargas (finos) foi mantida no

mesmo patamar inicial, sem nenhuma dificuldade. A melhoria do processo envolveu custos

equivalentes com o benefício adicional do aumento de drenagem (produtividade),

anteriormente demonstrado.

O fenômeno descrito foi confirmado, posteriormente, em duas outras

oportunidades, durante tentativas de se reverter a mudança, visando utilização de um

programa de retenção de menor custo. Os resultados foram na direção oposta a estes

apresentados neste trabalho, ou seja, registro de maior consumo de vapor para secagem da


101

folha, culminando com a necessidade de redução da velocidade da máquina de papel,

devido à limitação de fluxo de vapor disponível.

A interpretação do resultado obtido nesta análise pode-se atribuir à maior atividade

das partículas de sílica, em função da dimensão da partícula que proporciona área superficial

muito elevada, bem como a alta densidade de carga, relativamente à micropartícula

orgânica anteriormente utilizada (Gess, 1998).

Capítulo 7 – Estudo #4: análise dos efeitos combinados grau de refinação/carga de prensagem

102

Capítulo 7 - Estudo #4: análise dos efeitos combinados da redução do grau de

refinação da polpa e do aumento da carga de prensagem

7.1 - Introdução

Outro importante estudo de melhoria contínua, incluído neste trabalho, tem o

propósito semelhante ao do anterior, ou seja, minimizar as restrições ainda existentes para

promover liberação de água da suspensão fibrosa durante a produção do papel, porém

fazendo uso de outros meios disponíveis naquela mesma máquina. Com a intenção exclusiva

de garantir a produtividade da máquina de papel, ou seja, de evitar quebras da folha, os

valores praticados para duas variáveis do processo foram motivo de atenção, por estarem

muito diferentes daqueles já conhecidos e colocados em prática, para processos e máquinas

similares. Essas variáveis são: o grau de refinação das fibras -°SR - Schopper Riegler (ISO

5267-1, 1999) e a carga de prensagem, definida como a pressão linear na 3a prensa.

O grau de refinação das fibras é obtido por meio de uma avaliação laboratorial da

natureza física das fibras e indica quão livre encontra-se a água para ser liberada das fibras

durante um processo de formação de folha. Valores médios iniciais desta variável

encontravam-se entre 45 – 50 °SR, sendo que as referências práticas de comparação para

máquinas e processos similares, da própria corporação proprietária da máquina em estudo,

estavam entre 25 e 35 °SR. Um nível elevado do grau de refinação traz sérias limitações para

o processo, tais como: perda da capacidade das fibras para liberação da água

(desaguamento mecânico e evaporação); aumento do passe, aumento do consumo

específico de vapor para a secagem do papel, instabilidade dimensional do papel com

absorção ou perda de água para o ambiente em que é utilizado, perda de volume específico

do papel, etc. A outra variável identificada como potencial de melhoria foi a pressão linear

da 3ª prensa, que estava em apenas 90 kN/m sendo que as referências práticas mostram

valores na faixa de 110 – 120 kN/m, em máquina e processos semelhantes da própria

corporação proprietária da máquina de papel em estudo.


103

A proposta deste estudo de melhoria é de redução do grau de refinação das fibras

para aumento da capacidade de drenagem da máquina de papel em estudo e concomitante

aumento da pressão de prensas, em especial da 3ª prensa, como forma de compensação da

perda de resistência da folha, objetivando as faixas de referência mencionadas para cada

uma das duas variáveis descritas.

A redução da intensidade ou grau de refinação das fibras é sempre desafiadora, do

ponto de vista operacional, porque o efeito primário e clássico da refinação é o aumento das

resistências da folha (Lumiainen, 1998), as quais estão sempre associadas ao desempenho

produtivo da máquina de papel. Por outro lado, na medida em que a fibra é refinada, sua

capacidade de liberar água é reduzida. Acredita-se que a combinação da redução do grau de

refinação com o aumento da carga de prensagem se trata de uma sinergia, uma vez que a

fibra menos refinada liberará mais facilmente água, que por vez será submetida a pressões,

ainda maiores para expulsão da água contida entre fibras, desenvolvendo, assim, melhoria

na consolidação da folha úmida, que resulta em aumento do teor de sólidos e,

consequentemente, no aumento da resistência da folha de papel.

A análise dos resultados e conclusões extraídas dos dados obtidos nos testes

industriais serão, analogamente ao projeto anterior, a forma de demonstração de seu êxito.

Além disso, será analisado o histórico de longo prazo dos mais importantes indicadores, para

demonstração da efetividade das mudanças propostas. Os principais indicadores

acompanhados foram: o passe e o teor de sólidos da folha que deixa a seção de prensas,

além do teor de sólidos na saída da zona de formação, velocidade da máquina; consumo

específico de vapor e o número de quebras/mês, propriedades do papel.

7-2 - Métodos e equipamentos

- Norma ISO 5267-1, “Pulps Determination of drainability - Part 1: Schopper-Riegler

method”, 1999. Determinação da drenabilidade de suspensão de polpa de celulose em água,

utilizando-se do método Schopper Riegler. O teste Schopper Riegler é fornece uma medida

da taxa na qual uma suspensão diluída de polpa pode ser desaguada. A drenabilidade da

polpa de celulose está relacionada com as condições da superfície e o inchamento das fibras,


104

significando um indicador valioso da quantidade de tratamento mecânico ao qual a polpa de

celulose foi submetida.

- Norma TAPPI - T 211 om-12 – “Ash in wood, pulp, paper and paperboard: combustion at

525°C”, 2012. Determinação de cinzas em todos os tipos e classes de papel feito a partir de

polpa de madeira e seus derivados.

- Norma TAPPI - T 240 om-12 – “Consistency (concentration) of pulp suspensions”, 2012.

Medição da consistência ou concentração da suspensão aquosa de fibras. É aplicável às

suspensões com consistência até 25%.

- Norma TAPPI - T 403 om-10, 2010, “Bursting strength of paper” (“Mullen Test”). Medição

da resistência máxima do papel e produtos de papel ao estouro, na faixa de 50 a 1200 kPa (7

a 175 psi), na forma de folhas planas com espessura até 0,6 mm ( 0,025 in.).

- Informação Técnica TAPPI -TIP 0502-13 – “Retention definitions”, 2010. Define o significado


- Norma TAPPI - T 536 om 12 – “Resistance of paper to passage of air” (“high-pressure Gurley

Method”), 2012. Medição do tempo requerido para que certo volume de ar passe através da

amostra de papel sendo testada. A pressão do ar é gerada por um cilindro

gravitacionalmente carregado, que captura um volume de ar dentro de uma câmara com

selo líquido.

- Norma TAPPI - UM 256 – “Water retention value” (WRV), 2015. Medição da água retida por

uma amostra de polpa úmida após ser centrifugada sob condições padrão. Este valor pode

ser uma ferramenta útil na avaliação no desempenho de uma polpa quanto ao seu

comportamento de drenagem numa máquina de papel.

- Informação Técnica TAPPI - TIP 0404-47 – “Paper machine performance guidelines”, 2011.

Funcionários de companhias de papel, fornecedores de vestimentas para máquinas de

papel, consultores e outros têm desenvolvido parâmetros de referência de performance

para máquinas de papel, cuja efetividade tem sido comprovada para avaliação do

desempenho de máquinas de papel. Este documento de informação técnica lista tais

parâmetros para a maioria das classes de papel e oferece sugestões para aplicação.


105

- Indicação na própria máquina - Pressão linear das prensas da máquina de papel. Força total

aplicada no rolo da prensa dividido pelo comprimento do rolo (nip) em contato com o rolo

de contra pressão. A força é determinada com a pressão hidráulica medida através de

manômetros dos pistões que aplicam força nas pontas de eixo.

- Indicação na própria máquina - Velocidade da máquina de papel. Determinada através do

gerador de pulsos marca Leine Linde, de 1000 pulsos.

- Registros Operacionais, Nº Quebras da Folha. Registra a data, horário e o tempo não

produtivo, referentes a cada quebra de folha da máquina de papel, além de informações

complementares inerentes ao processo de fabricação.

- Medição na própria máquina - Passe. O passe é a diferença de velocidade entre os

acionamentos de seções subsequentes de uma máquina de papel, normalmente expresso

em percentagem. Tal diferença existe como compensação para o alongamento sofrido pela

folha de papel, quando é tracionado da seção anterior para a posterior.

- Medição na própria máquina - Consumo específico de vapor. Razão entre o consumo

horário de vapor para secagem da folha e a produção horária da máquina de papel.

Normalmente expresso em kg de vapor/kg papel.

7.3 – Resultados

A redução da intensidade ou grau de refinação das fibras, de uma forma geral, é

sempre desafiadora no processo de produção de papel. Isto, porque o efeito primário e

clássico da refinação é o aumento das resistências da folha (Lumiainen, 1998), as quais estão

sempre associadas ao desempenho produtivo da máquina de papel. Por outro lado, na

medida em que a fibra é refinada, sua capacidade de liberar água é reduzida. Portanto, é

preciso encontrar uma solução de compromisso entre essas variáveis, pois reduzir

drenabilidade significa perder produtividade, na grande maioria das vezes.

A filosofia adotada e proposta nesta de melhoria do processo foi de atuação

combinada, das duas variáveis, ou seja, reduzir o grau de refinação das fibras e, ao mesmo

tempo, aumentar a carga de prensagem. É importante ressaltar que o aumento de pressão


106

só foi possível porque a máquina de papel em estudo apresentava, ainda, recursos para

aumento da carga das prensas. Existem máquinas onde esta operação não é possível pelo

fato da pressão das prensas já terem alcançado seu limite mecânico de segurança. Com esta

última, a expectativa foi de incrementar a consolidação da folha e, consequentemente, a

porcentagem de sólidos da folha (Reese, 1999) buscando-se, assim, compensação de perdas

de resistência da folha imposta pela primeira ação. Acredita-se tratar de uma de sinergia,

uma vez que a fibra menos refinada liberará mais facilmente água, que por vez será

submetida a pressões ainda maiores para expulsão de água da folha. Medidas

complementares para a busca do objetivo proposto foram gradualmente implantadas, antes

dos experimentos descritos, para viabilização das ações propostas. Os experimentos foram

conduzidos em escala industrial e os resultados obtidos são apresentados e discutidos a

seguir.

7.3.1 - Teste Industrial Nº1

a) Objetivo

Aumentar o teor de sólidos, na saída da 3ª prensa em, pelo menos, três pontos percentuais

através da redução do grau de refinação da polpa e, ao mesmo tempo, aumentar a pressão

da 3ª prensa.

b) Condições básicas de máquina e processo

- Velocidade da MP: 1090 mpm

- Fibra: 100% suspensão de fibra de eucalipto.

- Papel produzido: “Copy Paper” 75 g/m2.

- Carbonato de cálcio no papel: reduzido de 17 para 10%.

- Duração do teste: 8 horas.

c) Resultados

O resumo dos resultados alcançados nesta análise é apresentado na Tabela 7.1.

Observa-se que a redução do grau de refinação realizada foi de 11 pontos (43 para 32 °SR)

foi expressiva e conforme o planejado, da mesma forma, o aumento da pressão linear da 3ª


107

prensa de 90 para 110 kN/m. Alterações de parâmetros de uma máquina de papel em

regime de produção, como estas conduzidas no teste, requerem em primeiro lugar, um

planejamento bem elaborado e muita disciplina operacional, para que o risco de perda de

produção seja mínimo, como o registrado. Obviamente, outras variáveis de interesse foram

monitoradas e corroboraram para a influência das mudanças propostas nos dois parâmetros

mencionados para se alcançar o objetivo proposto para esta análise.

Tabela 7.1 - Resumo dos resultados do teste industrial Nº1.

Parâmetro Unidade Controle Teste

Grau de Refinação - Schopper Riegler -°SR mL 43 32

Energia Líquida de Refinação - Er kWh/ton 85 55

Índice de Retenção de Água - WRV g/100g 240 210

Grau SR na Caixa de Entrada mL 35 25

Teor de Sólidos na Saída do Rolo “Couch” % 19 20

Pressão Linear da 3ª Prensa kN/m 90 110

Teor de Sólidos na Saída da 3ª Prensa % 40 43

Passe da 3ª para 4ª Prensa % 3,1 2,6

Pressão do Vapor da pré-Secagem - Pv psi 300 260

Teor de Carga Mineral no Papel % 17 10

Resistência ao Estouro - Mullen kPa 230 300

Porosidade Gurley Seg./100mL 11,5 8,5

d) Conclusões

A avaliação dos resultados do teste industrial Nº 1, desta análise, leva às seguintes

conclusões:

1) As ações de redução do grau de refinação - °SR e aumento da pressão da 3ª prensa

proporcionaram o aumento do teor de sólidos da folha, em três pontos percentuais.

2) A energia líquida de refinação (Er) aplicada às fibras foi reduzida em 35%, significando

importante potencial de redução de custo variável.

3) Variáveis como índice de retenção de água (WRV), sólidos na saída da zona de formação,

passe da 3ª para 4ª prensa, consumo de vapor e porosidade do papel, se alteraram em

função das mudanças realizadas, conforme as expectativas.


108

4) O passe entre a 3ª e 4ª prensas apresentou redução expressiva, de 3,1 para 2,6 %.

5) A redução, inicial, do teor de carbonato de cálcio no papel, como forma de preservação

das resistências da folha durante o teste, mostrou-se desnecessária, em parte, pois não

só preservou como aumentou a resistência da folha ao estouro.

A redução do carbonato de cálcio influenciou de forma negativa o alcance do

objetivo, pois é sabido que a carga mineral, ao contrário da fibra de celulose, não tem

afinidade ou avidez por água e, portanto, auxilia no desaguamento da folha e na evaporação

de água na etapa de secagem (26- Laufmann, 1998). O carbonato de cálcio facilita o

desaguamento e a evaporação de água da folha. Esta medida foi planejada como uma forma

de prevenir ou compensar qualquer distúrbio na resistência da folha úmida, com

consequências na produtividade da máquina, durante o experimento, que pudessem ocorrer

em razão da redução do grau de refinação. Entretanto, nota-se que apesar deste efeito, foi

possível identificar também o efeito resultante das medidas principais no teor de sólidos na

saída da 3ª prensa (Reese, 1999), bem como no passe da 3ª para a 4ª prensa, reforçados por

outras evidências como: o índice de retenção de água da polpa – WRV (Busker, 1982), o grau

de drenabilidade da suspensão na caixa de entrada, o teor de sólidos da folha úmida que

deixava a zona de formação (“saída do rolo couch”), a pressão de vapor da pós-secagem, e a

própria porosidade do papel.

7.3.2 - Teste industrial Nº2

a) Objetivo

Avaliar efeitos da redução do grau de refinação da polpa, de 40 para 35 °SR,

combinado com o aumento da pressão linear da 3ª prensa, de 90 para 110 kN/m, no passe

da 3ª para a 4ª prensa, nas resistências e porosidade do papel.

b) Condições básicas de máquina e processo

- Velocidade da MP: 1114 mpm

- Fibra: 100% suspensão de fibra de eucalipto.

- Papel produzido: “Copy Paper” 75 g/m2.

- Carbonato de cálcio no papel: 17 %.

- Duração do teste: 5 horas.


109

c) Resultados

Os registros dos dados de processo e de qualidade, referentes ao experimento

desenvolvido, são apresentados nas Figuras 7.1 e 7.2. A partir delas foi possível a

visualização precisa do fenômeno proposto no estudo, que consistiu em se combinar a

redução do grau de refinação da polpa (ISO 5267, 1999) e o aumento da carga da 3ª prensa,

como forma de compensação da perda de resistência da folha úmida provocada pela

primeira mudança. Estas alterações foram feitas de forma gradual e quase que simultânea.

O resultado imediato foi que o andamento da máquina ficou inalterado e o passe entre as

últimas duas prensas foi reduzido, indicando que a folha úmida que deixava a 3ª prensa

estava mais resistente, ou seja, menos úmida (Reese, 1999).

Figura 7.1 - Efeito da prensagem na resistência ao estouro,

durante redução do grau de refinação.

d) Conclusões

A partir dos resultados obtidos no teste industrial Nº2, concluiu se que as

expectativas embasadas nos conceitos teóricos foram confirmadas, conforme verificadas na

sequência.


110

Figura 7.2 - Efeito da prensagem no passe entre a 3ª e 4ª prensas e na porosidade do papel,

durante redução do grau de refinação.

1) O aumento da pressão linear da 3ª Prensa reverteu a tendência de queda da resistência

do papel ao estouro - Mullen (39-Reese, 1999) provocada pela redução do grau de

refinação da polpa -°SR (Lumiainen, 1998), conforme revela a Figura 7.1.

2) O experimento demonstrou claramente a tendência de redução do passe da 3ª para a 4ª

prensa com a redução da refinação e aumento de prensagem (Figura 7.2), o que é uma

evidência de que a folha deixou a 3ª prensa com maior teor de sólidos, indicando

grande potencial para melhoria do desempenho da produção de papel através de

redução do potencial de quebras e aumento de velocidade (Reese, 1999).

3) A tendência de queda da porosidade Gurley, (tendência para folha mais permeável à

passagem de ar ou mais aberta), provocada pela redução do grau de refinação (Clark,

1978), foi revertida na medida em que a pressão da 3ª prensa evoluiu, consequência do

aumento da consolidação da folha (Figura 7.2) e fechamento de poros da folha.

Os resultados anteriormente apresentados corroboram a proposta do estudo de

melhoria no desaguamento da folha, no extremo úmido da máquina de papel, com a

redução do grau de refinação da polpa combinada com aumento da prensagem da folha

úmida, como sinergia para o próprio desaguamento e compensação de perda de resistência


111

da folha provocada pela primeira ação (Smook, 1992). Um efeito que pode ser avaliado em

função da classe de papel produzido, diz respeito ao comportamento do volume específico

do papel em razão do aumento da intensidade de prensagem, que promove aumento de

densidade da folha (Clark, 1978). Por outro lado, a redução da refinação da polpa favorece o

aumento de seu volume específico. A Figura 7.3 mostra o efeito da energia de refinação no

volume especifico do papel, medido em outra máquina, com processo e produto bastante

semelhantes (Clark, 1978).

Figura 7.3 – Influência do grau de refinação no volume específico do papel.

7.3.3 – Resultados de longo prazo

As evidências positivas e as conclusões obtidas a partir dos testes industriais

realizados previamente fizeram com que as medidas propostas de aumento das cargas da

prensas e combinada com a diminuição da intensidade de refinação das fibras (°SR) fossem,

gradativamente adotadas, no regime normal de produção da máquina estudada. Resultados

práticos de longo prazo (valores médios de 30 dias, incluindo toda a produção da mesma

MP, em referência) que foram alcançados a partir dos princípios da proposta acima, são

apresentados nas figuras que seguem. Naturalmente outras melhorias foram agregadas no

período, assim como interferências no processo são introduzidas e administradas. Esta

análise macro de resultados ratifica as premissas consideradas para as mudanças realizadas

no processo.

Volume Específico - Bulk

2,24

1,80

1,60

1,68

1,551,601,651,701,751,801,851,901,952,002,052,102,152,202,252,30

400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600

Drenabilidade, CSF

cm3/

g


112

Figura 7.4 - Velocidade da MP e teor de sólidos

Figura 7.5 - Correlação entre velocidade da MP e teor de sólidos na saída da 3ª prensa.

A evolução da velocidade da máquina, registrada no período analisado, e sua

correlação, com coeficiente de determinação da regressão linear: 0,68 (Spiegel, 1972), com o

teor de sólidos na saída d a 3ª prensa (Mac Donald, 1970, Reese, 1999) são mostradas nas

Figuras 7.4 e 7.5. Como já mencionado, esta análise de longo prazo considerou as médias

mensais das variáveis em estudo correspondentes a toda produção da máquina, envolvendo

diferentes classes e gramaturas de papel, ou seja, sem condições especiais ou controladas.

Mesmo assim, os efeitos das alterações feitas mostraram reflexo positivo no resultado final

de produtividade da máquina estudada. Deve-se lembrar de que a tensão aplicada à folha

úmida aumenta com o quadrado da velocidade da máquina de papel (Mac Donald, 1970).

41,041,542,042,543,043,544,044,545,045,546,0

1080

1090

1100

1110

1120

1130

1140

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Teor

de

Sólid

os -

%

Velo

cida

de -

mpm

.

Mês

Velocidade da MP e Teor de Sólidos após 3ª Prensa Médias Mensais

Veloc. 9PG2ENR_VELOCIDADE Dryness - Saída 3ª Prensa

R² = 0,6790

1080

1090

1100

1110

1120

1130

1140

41 42 43 44 45 46

Velo

cida

de -

mpm

.

Teor de Sólidos - %

Velocidade da MP x Teor de Sólidos após 3ª Prensa Médias Mensais - 17 meses


113

Além disso, aumento de velocidade na máquina de papel implica em redução do tempo de

residência da folha no nip das prensas, significando menor desaguamento (Reese, 1999).

Portanto, o aumento de velocidade registrado só foi possível com o aumento da resistência

da folha úmida conseguido com redução da umidade da folha deixando a prensa, através das

medidas propostas neste estudo.

Na mesma direção, as Figuras 7.6 e 7.7 indicam os resultados obtidos com o

aumento do teor de sólidos na saída da 3ª prensa na redução do número mensal de quebras

da folha úmida, deixando, mais uma vez, revelando o ganho de produtividade da máquina

de papel com as alterações propostas. Portanto, o ganho final é resultante da soma das

melhorias alcançadas com cada uma das variáveis acima, ou seja, com a redução de quebras

e com o aumento de velocidade da máquina de papel.

Figura 7.6 - Nº Quebras da MP e teor de sólidos na saída da 3ª prensa.

Os resultados e correlações referentes às duas variáveis, cujos efeitos sobre a

produtividade da máquina de papel em questão foram objeto deste estudo, são revelados

nas Figuras 7.8 e 7.9. São apresentadas as relações do efeito do aumento da carga nos nips

das prensas sobre o teor de sólidos na saída da 3ª prensa. Da mesma forma, as Figuras 7.10

e 7.11 indicam os efeitos verificados da redução do grau de refinação da polpa na mesma

variável acima.

41,041,542,042,543,043,544,044,545,045,546,0

30405060708090

100110120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Teor

de

Sólid

os -

%

Nº Q

uebr

as/m

ês.

Mês

Nº Quebras da Folha e Teor de Sólidos após 3ª Prensa Médias Mensais

Nº Quebras Dryness - Saída 3ª Prensa


114

Figura 7.7 - Correlação Nº Quebras da MP e teor de sólidos na saída da 3ª prensa.

Vale ressaltar que esta proposta considerou a alteração simultânea daquelas duas

variáveis. Assim, pode-se interpretar que os resultados de produtividade acima

apresentados, por meio do ganho de velocidade da máquina, está essencialmente

relacionado com os resultado conseguidos com a redução do grau de refinação da polpa

combinado com o aumento da prensagem da folha úmida.

Figura 7.8 - Σ Cargas dos nips e teor de sólidos na saída da 3ª prensa.

R² = 0,7036

0

20

40

60

80

100

120

41 42 43 44 45 46

Nº Q

uebr

as /

mês

Teor de Sólidos - %

Nº Quebras da Folha x Teor de Sólidos após 3ª Prensa Médias Mensais - 17 meses

41,041,542,042,543,043,544,044,545,045,546,0

235

240

245

250

255

260

265

270

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Teor

de

Sólid

os -

%

ΣCa

rga

Nip

-kN/

m

Mês

Σ Carga Nip e Teor de Sólidos após 3ª Prensa Médias Mensais

∑Pressões 1ª;2ª 3ªPrensas Dryness - Saída 3ª Prensa


115

Figura 7.9 - Correlação entre Σ cargas dos nips e teor de sólidos na saída da 3ª prensa.

Figura 7.10 - Grau de refinação e teor de sólidos e teor de sólidos na saída da 3ª prensa.

Como forma de reforçar os resultados relativos à interdependência entre as

variáveis - grau de refinação e teor de sólidos na saída da 3ª prensa - são apresentadas, a

seguir as correlações entre a porosidade do papel e o os sólidos na saída da prensa. Isso

porque, sabidamente, a porosidade ou permeabilidade ao ar da folha de papel torna-se

menor na medida em que a refinação é reduzida.

R² = 0,6709

41

42

43

44

45

46

230 240 250 260 270 280

Teor

de

Sólid

os -

%

Σ Carga Nip - kN/m

Teor de Sólidos após 3ª Prensa x ∑ Carga do Nip Médias Mensais - 17 Meses

39

40

41

42

43

44

45

46

38

40

42

44

46

48

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Teor

de

Sólid

os -

%

Grau

Ref

inaç

ão -

°SR

Mês

Grau de Refinação e Teor de Sólidos após 3ª Prensa Médias Mensais

°SR - Refinadores Dryness - Saída 3ª Prensa


116

Figura 7.11 - Correlação entre Grau de refinação na saída da 3ª prensa

Figura 7.12 - Grau de refinação e Porosidade do papel.

R² = 0,6111

41

42

43

44

45

46

36 38 40 42 44 46 48 50

Teor

de

Sólid

os -

%

Grau de Refinação - °SR

Teor de Sólidos após 3ª Prensa x Grau de RefinaçãoMédias Mensais - 17 meses

10

11

12

13

14

15

16

38

40

42

44

46

48

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Poro

sidad

e Gu

rley

-seg

/100

ml

Grau

Ref

inaç

ão -

°SR

Mês

Grau de Refinação e Porosidade do PapelMédias Mensais

°SR - Refinadores Porosidade 9760POGU003


117

Figura 7.13 - Correlação entre Grau de refinação e Porosidade do papel.

Observa-se, na Figura 7.14, o efeito resultante da combinação das alterações

propostas para o grau de refinação e pressão das prensas, construída a partir dos dados

históricos do processo, até aqui apresentados. A Figura 7.14 mostra a tendência de

maximização do teor de sólidos na saída da 3ª prensa com o aumento da carga das prensas e

redução do grau de refinação (°SR). Em anexo encontram-se as análises de variância e de

resíduos (Minitab 17), relativas às regressões lineares nas Figuras 7.5; 7.7; 7.9; 7.11 e 7.13.

Figura 7.14 - Teor de sólidos em função do grau de refinação e Σ das cargas das prensas.

R² = 0,6479

41

42

43

44

45

46

9 10 11 12 13 14 15

Teor

de

Sólid

os -

%

Porosidade Gurley - Seg/100 ml

Teor de Sólidos após 3ª Prensa x Porosidade Médias Mensais - 17 Meses


118

7.4 – Conclusões

Os resultados dos experimentos mostraram a tendência de redução do passe da 3ª

para a 4ª prensa com a redução da refinação e aumento de prensagem, que é uma evidência

de que a folha deixou a 3ª prensa com maior teor de sólidos (Clark, 1978), indicando grande

potencial para melhoria do desempenho da produção de papel, através de redução de

quebras e aumento de velocidade (Reese, 1999).

A tendência de queda da porosidade Gurley, (tendência para folha mais permeável

à passagem de ar ou mais aberta) provocada pela redução do grau de refinação, foi revertida

na medida em que a pressão da 3ª prensa evoluiu, consequência do aumento da

consolidação da folha de papel.

O processo de prensagem implica automaticamente na densificação da folha de

papel (Reese, 1999). Portanto torna-se necessário o monitoramento da densidade ou do

volume específico do papel e dos requisitos para esta variável, para o seu uso final. No caso

particular do processo em estudo, não houve nenhuma perda importante de volume

específico, pois a prática anterior contemplava nível de prensagem aquém das referências

conhecidas.

A implantação gradual, em escala produtiva, das medidas previamente

experimentadas, mostrou-se eficaz no aumento da produtividade da máquina de papel

estudada neste programa, apresentando forte indicativo da contribuição desta combinação

dos fatores: redução do grau de refinação e aumento da carga de prensagem na redução de

quebras da folha e consequente aumento da velocidade da máquina de papel. A tradução

destes resultados em ganhos financeiros é de grande expressão no contexto de negócios,

representando economia na casa de US$ 2,5 MM/ano.

Esta análise representa uma oportunidade quase sempre possível de se identificar

no processo produtivo que, se bem interpretada e explorada adequadamente, poderá ser

revertida em importantes benefícios para o negócio e o desenvolvimento empresarial.

Capítulo 8 - Conclusões e sugestões para trabalhos futuros

119


8.1 - Conclusões

As análises desenvolvidas neste trabalho mostram a influência das variáveis

identificadas na eficiência de produção da máquina de papel e também os benefícios

associados aos ajustes adequados destas variáveis.

Este modelo de análise torna-se cada vez mais um fator preponderante para o

processo de melhoria contínua do sistema de produção de papel, bem como para a

resolução de problemas ou desvios do comportamento ideal do processo, sem a

necessidade de grande investimento de capital.

A compreensão dos fundamentos teóricos que regem a interdependência entre as

variáveis estudadas, possibilitou a identificação das correlações de causa e efeito no

processo industrial. O grande desafio de um trabalho deste tipo é o fato de ser realizado em

escala industrial. As alterações planejadas devem ser feitas, na sua maioria, de forma

gradual, a fim de que não sejam causados distúrbios e perdas para o processo. Além disso,

as eventuais alterações no produto devem ser estimadas previamente e, em casos extremos,

uma destinação diferenciada deve ser prevista.

Tendo-se em vista os objetivos pré-estabelecidos, conclusões puderam ser tiradas a

partir dos resultados das análises propostas.

A primeira análise considerou o efeito da formação do papel na produtividade da

máquina. Permitiu-se concluir que, além de sua conhecida importância da formação da folha

de papel no uso final do papel gráfico, ela exerce também papel fundamental para a

garantia da produtividade da máquina de papel e que, apesar de ser fortemente favorecida

pela utilização da fibra de eucalipto, requer um rigoroso controle e monitoramento. Embora

atendendo aos requisitos para o uso final do papel, a formação poderá não estar, por

alguma razão, em um nível aceitável para o bom desempenho da máquina de papel. Isso

está associado à situação de ajustes da máquina de papel para operar apenas com a

utilização daquela fibra, ou seja, fibra curta, que sabidamente tem potencial relativamente

menor para o desenvolvimento de resistência da folha, tornando a produtividade da

máquina de papel mais sensível às variações da formação.


120

Por meio da segunda análise conduzida nesta dissertação, houve a oportunidade de

se identificar na prática o esperado efeito do aumento da condutividade da polpa na

eficiência de máquinas de papel. A importância da retenção de cargas e finos e de sua

estabilidade no andamento da máquina de papel ficou claramente demonstrada, de onde se

concluiu que a condutividade elevada da polpa, em relação ao histórico do processo,

influenciou negativamente a produtividade da máquina através de sua interferência no

processo de retenção e drenagem. O número total de quebras de folha, nas quatro

máquinas de papel, diminuiu sensivelmente, através da redução da condutividade da polpa

e do aumento da retenção de cargas na máquina que apresentava maior sensibilidade ao

fenômeno. O processo desta máquina tornou-se mais estável e menos sensível às variações

oriundas do processo de fabricação de celulose.

A substituição da micro-partícula orgânica por sílica coloidal revelou-se uma

alternativa para a melhoria da capacidade de drenagem da máquina de papel por meio de

ação de um agente químico mais eficiente, sem a instalação de novos equipamentos. A sílica

influenciou positivamente a drenagem da folha no extremo úmido da máquina de papel,

possibilitando a redução imediata do passe entre a 3ª e 4ª prensas da máquina de papel

dentre outros efeitos. A consistência desta conclusão foi reforçada ou aumentada por

tentativas frustradas de retorno ao uso da micro-partícula orgânica. Assim, esta medida

ficou consolidada como uma ação de melhoria contínua do processo em estudo.

Naturalmente, para outras máquinas e/ou processos, em que se queira explorar alternativa

semelhante, é recomendável seguir os passos dados nesta análise, em função das

peculiaridades de cada um.

A última das análises apontou os efeitos da combinação de redução do grau de

refinação com aumento da prensagem da folha na produtividade da máquina de papel. Tal

combinação promove a sinergia esperada para o aumento do teor de sólidos na folha que

deixa a 3ª prensa da máquina, melhorando a eficiência da máquina através do aumento da

velocidade de produção. Histórico de médio prazo do sistema analisado não deixa dúvidas

sobre esta afirmação. Num experimento específico, ficou evidente que o aumento da

pressão linear da 3ª Prensa reverteu a tendência de queda da resistência do papel ao

estouro (Mullen) provocada pela redução do grau de refinação da polpa (°SR), conforme a

expectativa.


121

Das análises desenvolvidas nesta dissertação pode-se dizer que é altamente

recomendável grande atenção às variáveis analisadas para a otimização da produtividade de

uma máquina de papel. Maximizar a formação do papel será sempre uma boa prática.

Manter a condutividade do sistema, em especial a condutividade da polpa, no caso de

plantas integradas, em níveis conhecidos e compatíveis com os agentes químicos utilizados,

prevenirá perdas significativas. A drenagem química promovida por micropartículas

apropriadas ao processo será sempre uma alternativa complementar para a superação das

limitações de drenagem mecânica.

A intensidade de refinação das fibras é uma variável, até certo ponto, polêmica,

pois seu aumento promove normalmente o aumento da resistência da folha mas, com

muitas consequências indesejáveis, sendo a redução da drenagem na máquina de papel e o

maior consumo de energia elétrica as principais delas. Portanto, minimizar o grau de

refinação será a melhor prática que, quando combinada com o aumento da carga de

prensagem, quando possível, implicará em um efeito sinérgico para o desaguamento e

compensatório para a resistência da folha de papel, conforme apresentado neste trabalho.

Os valores de referência das variáveis analisadas e seus efeitos diretos ou indiretos na

produtividade das máquinas de papel estudadas são apresentados na Tabela 8.1.

Tabela 8.1 – Valores de referência das variáveis analisadas.

Estudo # 1 Formação da Folha

Estudo # 2 Condutividade da Polpa

Formação Efeito na Produtividade Condutividade Efeito na

Produtividade unidade (Kajaani

Index) (Nº Quebras/dia) (µ Siemens/cm) (ΣNº

Quebras/mês) Condição

do Processo

Inicial 54 12 350 86

Otimizado 67 1,3 273 36

Estudo # 3 Micropartícula Orgânica por

Sílica

Estudo # 4 Refinação + Prensagem

Micropartícula Efeito na Produtividade

Refinação + Σ Cargas das Prensas

Efeito na Produtividade

unidade - sólidos-saída da 3ª prensa - (%) (°SR; kN/m) (Nº Quebras/mês)

Condição do

Processo

Inicial orgânica 42 44; 240 80

Otimizado sílica 43,5 38; 265 50


122

8.2 - Sugestões para trabalhos futuros

Seria muito útil para o aprofundamento deste tema o desenvolvimento de uma

forma ou modelo de determinação da resistência da folha úmida de papel (“wet web

strenght”) que deixa a seção de prensas da máquina, sem a necessidade da amostragem.

Como abordado neste trabalho, trata-se do ponto mais sensível e crítico para a

produtividade, na grande maioria das máquinas de papel. Portanto, a informação prévia

desta variável ou até mesmo o seu controle, em máquina, terá muita utilidade na fabricação

do papel. Nessa direção, um sensor para medição em linha da variável será inevitavelmente

o próximo passo. Outro importante esclarecimento poderia ser a investigação sobre

influência da distribuição dos finos (dupla-face) ao longo da espessura da folha de papel na

drenagem e também na resistência da folha de papel úmida. Finalmente, seria

recomendável também a pesquisa buscando identificar os efeitos da orientação das fibras na

drenagem da folha e consequentemente, na sua resistência, quando ainda úmida.

A avaliação precisa dos ganhos com a redução no consumo de energia elétrica bem

como com a extensão da vida útil dos discos dos refinadores, em razão da redução do grau

de refinação da polpa, deverá ser conduzida na sequência deste trabalho, como uma

oportunidade complementar de ganhos operacionais e financeiros de relevância.

A análise detalhada do efeito resultante das alterações das variáveis deste trabalho

(grau de refinação e prensagem) no volume específico do papel deve também ser

considerada como etapa complementar do trabalho, uma vez que na maioria dos casos esta

variável exerce grande importância na qualidade final do papel.

É, também, recomendável a tentativa de quantificar e ponderar um desgaste maior

dos feltros úmidos da seção de prensas, como consequência do incremento promovido na

carga dos nips das prensas.

Referências Bibliográficas

123


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2. Au, C.O and Thorn, I., Applications of Wet End Chemistry, Blackie Academic &

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3. Au, Che On and Thorn, Ian, Applications of Wet End Paper Chemistry, Blackie Academic

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papermaking program, Papercon, USA, 2009.

5. BRACELPA - Publicação mensal da Associação Brasileira de Celulose e Papel- Conjuntura

Bracelpa – Dados do Setor, 2014.

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8. Casey, James P., Pulp and Paper- Chemistry and Chemical Technology – 3rd edition -

Volume 3, 1981.

9. Casey, James P., Pulp and Paper- Chemistry and Chemical Technology – 1rd edition -

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34. Montgomery, Douglas C. – Designs and Analysis of Experiments – Third Edition-1991.

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53. Taubmann, Bernard J., Optimizing Wet End Vacuum Systems, Siemens Allis, Inc. Pimma,

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54. Test Method TAPPI - T 211 om-12 - Ash in wood, pulp, paper and paperboard:

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55. Test Method TAPPI - T 227 om-09 - Freeness of pulp (Canadian standard method), 2009.

56. Test Method TAPPI - T 240 om-12 - Consistency (concentration) of pulp suspensions,

2012.

57. Test Method TAPPI - T 252 om-12 - pH and electrical conductivity of hot water extracts

of pulp, paper, and paperboard, 2012.

58. Test Method TAPPI - T 403 om-10 - Bursting strength of paper, 2010.

59. Test Method TAPPI - T 536 om 12 - Resistance of paper to passage of air (high-pressure

Gurley Method), 2012.

60. Test Method TAPPI - T-261 cm-10 - Fines fraction by weight of paper stock by wet

screening, 2010

61. Test Method TAPPI/ANSI-T 428 om-13- Hot water extractable acidity or alkalinity of

paper, 2013.

62. Thorp, Benjamin A., Papermachine Operations – Volume 7, Pulp and Paper Manufacture

– TAPPI Press, 3rd Edition, 1998.

63. Tolkki, R., Evaluation of Optical Formation Measurements on Printing Papers and How

They Can Be Used to Predict Print, 2009.

64. Tran, Hongui e Vakillainnen, Esa K., The Kraft Chemical Recovery Process,

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65. Wheeler, Donald J. and Chambers, David S., Understanding Statistical Process Control,

Statistical Process Control Inc. Knoxville, Tenessee, USA, 1986.


Anexos

127

ANEXO - 1

Análises das regressões lineares apresentadas, utilizando-se o software Minitab

17, para estudos estatísticos.

Para cada regressão linear apresentada nesta dissertação, na forma gráfica e com as

respectivas equações e coeficientes de determinação, foram desenvolvidas análises de

variância e de resíduos (testes de hipóteses), considerando-se um intervalo de confiança de

95%, para determinação do valor-p (p-value), ou seja, da probabilidade da correlação linear

não apresentar significância, assim como da normalidade e distribuição residual da

regressão a fim de se verificar a significância da correlação (Juran,1951; Spiegel,1972).

Para todos os casos, foram encontrados valores-p ≤ 0,05, além de normalidade e

aleatoridade na distribuição dos resíduos, atestando a significância das correlações lineares

sugeridas no trabalho. Estes resultados são apresentados a seguir.

Anexos

128

Capítulo 4 – Estudo #1: análise do efeito da formação.

1- Regression Analysis: MULLEN versus ÍNDICE DE FORMACAO - Figura 4.2 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 43,214 43,2139 83,34 0,000 ÍNDICE DE FORMACAO 1 43,214 43,2139 83,34 0,000 Error 8 4,148 0,5185 Total 9 47,362 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 0,720072 91,24% 90,15% 83,99% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant -4,82 3,89 -1,24 0,250 ÍNDICE DE FORMACAO 0,5943 0,0651 9,13 0,000 1,00 Regression Equation MULLEN = -4,82 + 0,5943 ÍNDICE DE FORMACAO Residual Plots for MULLEN

210-1-2

99

90

50

10

1

Standardized Residual

Perc

ent

3634323028

1

0

-1

-2

Fitted Value

Stan

dard

ized

Res

idua

l

1,00,50,0-0,5-1,0-1,5

3

2

1

0


Freq

uenc

y

10987654321

1

0

-1

-2

Observation Order

Stan

dard

ized

Res

idua

l

Normal Probability Plot Versus Fits

Histogram Versus Order

Residual Plots for MULLEN

Anexos

129

2- Regression Analysis: MULLEN versus ÍNDICE DE FORMACAO - Figura 4.3 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 1055,49 1055,49 496,32 0,000 Formação 1 1055,49 1055,49 496,32 0,000 Error 224 476,36 2,13 Lack-of-Fit 222 476,36 2,15 * * Pure Error 2 0,00 0,00 Total 225 1531,85 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 1,45830 68,90% 68,76% 68,34% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant -1,60 1,45 -1,11 0,270 Formação 0,5405 0,0243 22,28 0,000 1,00 Regression Equation Mullen = -1,60 + 0,5405 Formação Residual Plots for Mullen

420-2-4

99,999

90

50

10

1

0,1


Perc

ent

35,032,530,027,525,0

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Stan

dard

ized

Res

idua

l

1,81,20,60,0-0,6-1,2-1,8-2,4

24

18

12

6

0


Freq

uenc

y

220200180160140120100806040201

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Stan

dard

ized

Res

idua

l



Residual Plots for Mullen

Anexos

130

3- Regression Analysis: Quebra Foto Célula-MPX versus MULLEN – Figura 4.5 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 107,14 107,141 14,06 0,006 MULLEN 1 107,14 107,141 14,06 0,006 Error 8 60,96 7,620 Total 9 168,10 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 2,76040 63,74% 59,20% 49,64% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 51,7 12,3 4,20 0,003 MULLEN -1,504 0,401 -3,75 0,006 1,00 Regression Equation Quebra Foto Célula-MPX = 51,7 - 1,504 MULLEN Residual Plots for Quebra Foto Célula-MPX

210-1-2

99

90

50

10

1


Perc

ent

10,07,55,02,50,0

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Stan

dard

ized

Re s

i du a

l

1,51,00,50,0-0,5-1,0-1,5-2,0

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0


Freq

uenc

y

10987654321

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Stan

dard

ized

Re s

i du a

l



Residual Plots for Quebra FotoCelula-MPX

Anexos

131

4- Regression Analysis: Quebra Foto Célula-MPX versus ÍNDICE DE FORMACAO - Figura 4.7 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 85,18 85,18 8,22 0,021 ÍNDICE DE FORMACAO 1 85,18 85,18 8,22 0,021 Error 8 82,92 10,37 Total 9 168,10 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 3,21951 50,67% 44,50% 20,07% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 55,4 17,4 3,19 0,013 ÍNDICE DE FORMACAO -0,834 0,291 -2,87 0,021 1,00 Regression Equation Quebra FotoCelula-MPX = 55,4 - 0,834 ÍNDICE DE FORMACAO Residual Plots for Quebra Foto Célula-MPX

210-1-2

99

90

50

10

1


Perc

ent

10,07,55,02,50,0

1

0

-1

-2

Fitted Value

Stan

dard

ized

Res

idua

l

1,51,00,50,0-0,5-1,0-1,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0


Freq

uenc

y

10987654321

1

0

-1

-2

Observation Order

Stan

dard

ized

Res

idua

l




Anexos

132

5- Regression Analysis: Quebra Foto Célula-MPX versus Passe- 3ªPRENSA /1º GRUPO SECs. - Figura 4.10 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 95,62 95,621 10,55 0,012 Passe-3ªPRENSA /1º GRUPO SECs. 1 95,62 95,621 10,55 0,012 Error 8 72,48 9,060 Total 9 168,10 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 3,00996 56,88% 51,49% 37,89% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant -46,3 16,0 -2,89 0,020 Passe-3ªPRENSA/1ºGRUPO SECs 22,72 6,99 3,25 0,012 1,00 Regression Equation Quebra FotoCelula-MPX = -46,3 + 22,72 Passe- 3ªPRENSA /1º GRUPO SECs. Residual Plots for Quebra FotoCelula-MPX

210-1-2

99

90

50

10

1


Perc

ent

10,07,55,02,50,0

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Stan

dard

ized

Res

idua

l

1,51,00,50,0-0,5-1,0-1,5-2,0

4

3

2

1

0


Freq

uenc

y

10987654321

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Stan

dard

ized

Res

idua

l




Anexos

133

Capítulo 5 – Estudo #2: análise do efeito da condutividade da celulose. 1) Regression Analysis: Nº Total de Quebras versus Condutividade da Polpa. Figura 5.2 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 1787,5 1787,5 17,83 0,002 Condutividade da Polpa. 1 1787,5 1787,5 17,83 0,002 Error 9 902,5 100,3 Total 10 2690,0 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 10,0139 66,45% 62,72% 49,93% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant -103,4 38,1 -2,71 0,024 Condutividade da Polpa. 0,516 0,122 4,22 0,002 1,00 Regression Equation Nº Total de Quebras = -103,4 + 0,516 Condutividade da Polpa. Residual Plots for Nº Total de Quebras

210-1-2

99

90

50

10

1


Perc

ent

8070605040

1

0

-1

Fitted Value

Stan

dard

ized

Res

idua

l

1,00,50,0-0,5-1,0-1,5

4

3

2

1

0


Freq

uenc

y

1110987654321

1

0

-1

Observation Order

Stan

dard

ized

Res

idua

l



Residual Plots for Nº Total de Quebras

Anexos

134

Capítulo 7 – Estudo #4: análise dos efeitos combinados grau de refinação/carga de prensagem 1) Regression Analysis: Velocidade versus Dryness - Saída 3ª Prensa – Figura 7.5 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 1537,0 1537,00 31,73 0,000 Dryness - Saída 3ª Prensa 1 1537,0 1537,00 31,73 0,000 Error 15 726,5 48,44 Total 16 2263,5 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 6,95958 67,90% 65,76% 56,54% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 762,8 61,7 12,35 0,000 Dryness - Saída 3ª Prensa 8,06 1,43 5,63 0,000 1,00 Regression Equation Velocidade = 762,8 + 8,06 Dryness - Saída 3ª Prensa Residual Plots for Velocidade

210-1-2

99

90

50

10

1


Perc

ent

1130112011101100

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Stan

dard

ized

Res

idua

l

1,51,00,50,0-0,5-1,0-1,5-2,0

6,0

4,5

3,0

1,5

0,0


Freq

uenc

y

161412108642

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Stan

dard

ized

Res

idua

l



Residual Plots for Veloc.

Anexos

135

2) Regression Analysis: Nº Quebras versus Dryness - Saída 3ª Prensa - Figura – 7.7 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 4975 4974,5 35,60 0,000 Dryness - Saída 3ª Prensa 1 4975 4974,5 35,60 0,000 Error 15 2096 139,7 Total 16 7070 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 11,8207 70,36% 68,38% 61,17% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 699 105 6,66 0,000 Dryness - Saída 3ª Prensa -14,50 2,43 -5,97 0,000 1,00 Regression Equation Nº Quebras = 699 - 14,50 Dryness - Saída 3ª Prensa Residual Plots for Nº Quebras

210-1-2

99

90

50

10

1


Perc

ent

100806040

1

0

-1

Fitted Value

Stan

dard

ized

Res

idua

l

1,51,00,50,0-0,5-1,0-1,5

6,0

4,5

3,0

1,5

0,0


Freq

uenc

y

161412108642

1

0

-1

Observation Order

Stan

dard

ized

Res

idua

l



Residual Plots for Nº Quebras

Anexos

136

3) Regression Analysis: Dryness - Saída 3ª Prensa versus ∑Pressões 1ª;2ª 3ªPrensas - Figura 7.9.

Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 15,883 15,8827 30,58 0,000 ∑Pressões 1ª;2ª 3ªPrensas 1 15,883 15,8827 30,58 0,000 Error 15 7,790 0,5193 Total 16 23,673 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 0,720652 67,09% 64,90% 56,07% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 18,01 4,55 3,96 0,001 ∑Pressões 1ª;2ª 3ªPrensas 0,0986 0,0178 5,53 0,000 1,00 Regression Equation Dryness - Saída 3ª Prensa = 18,01 + 0,0986 ∑Pressões 1ª;2ª 3ªPrensas Residual Plots for Dryness - Saída 3ª Prensa

210-1-2

99

90

50

10

1


Perc

ent

44434241

2

1

0

-1

Fitted Value

Stan

dard

ized

Re s

idua

l

2,01,51,00,50,0-0,5-1,0

4,8

3,6

2,4

1,2

0,0


Freq

uenc

y

161412108642

2

1

0

-1

Observation Order

Stan

dard

ized

Re s

idua

l



Residual Plots for Dryness - Saída 3ª Prensa

Anexos

137

4) Regression Analysis: Dryness - Saída 3ª Prensa versus °SR - Refinadores – Figura – 7.11 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 14,466 14,4664 23,57 0,000 °SR - Refinadores 1 14,466 14,4664 23,57 0,000 Error 15 9,206 0,6138 Total 16 23,673 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 0,783429 61,11% 58,52% 52,26% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 62,70 4,03 15,55 0,000 °SR - Refinadores -0,4517 0,0930 -4,85 0,000 1,00 Regression Equation Dryness - Saída 3ª Prensa = 62,70 - 0,4517 °SR - Refinadores Residual Plots for Dryness - Saída 3ª Prensa

210-1-2

99

90

50

10

1


Perc

ent

45444342

2

1

0

-1

Fitted Value

Stan

dard

ized

Res

idua

l

1,51,00,50,0-0,5-1,0-1,5

4,8

3,6

2,4

1,2

0,0


Freq

uenc

y

161412108642

2

1

0

-1

Observation Order

Stan

dard

ized

Res

idua

l




Anexos

138

5) Regression Analysis: Dryness - Saída 3ª Prensa versus Porosidade – Figura 7.13 Analysis of Variance Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 1 15,337 15,3374 27,60 0,000 Porosidade 1 15,337 15,3374 27,60 0,000 Error 15 8,335 0,5557 Total 16 23,673 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 0,745446 64,79% 62,44% 56,30% Coefficients Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF Constant 53,12 1,91 27,86 0,000 Porosidade -0,787 0,150 -5,25 0,000 1,00 Regression Equation Dryness - Saída 3ª Prensa = 53,12 - 0,787 Porosidade Residual Plots for Dryness - Saída 3ª Prensa

210-1-2

99

90

50

10

1


Perc

ent

45444342

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Stan

dard

ized

Res

idua

l

210-1-2

4

3

2

1

0


Freq

uenc

y

161412108642

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Stan

dard

ized

Res

idua

l




Anexos

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Anexo - 2 - Glossário sobre Fabricação de Papel

Acabamento – conjunto de operações pelas quais o papel passa, após ser produzido na máquina, tais como: rebobinamento, corte, supercalandragem, escolha, embalamento, etc.

Aditivos – nome genérico dado a todos os materiais não fibrosos adicionados à massa, durante a sua preparação ou ao próprio papel, durante sua fabricação. São exemplos de aditivos: amido, cola de breu, cola sintética, carbonato de cálcio, caulim, sulfato de alumínio, agentes de retenção e drenagem, anilinas, biocidas, etc.

Água Branca – é a água drenada da tela, durante a formação da folha de papel. É recolhida e recirculada para diluição da massa e recuperação de fibras e cargas nela contidas em suspensão.

Alongamento – incremento no comprimento da folha de papel, quando submetida à tração.

Alvura – termo usado para referir-se à refletividade de uma folha de papel ou de celulose, a uma luz específica, em condições padronizadas.

Amido interno – amido de milho, mandioca ou de batata, modificado quimicamente com a adição de radicais que conferem carga elétrica à sua cadeia química. Pode ter natureza catiônica, anfótera ou aniônica, e apresentar diferentes graus de substituição ou DS (degree of substitution). São cozidos e aplicados durante a preparação da massa para proporcionar resistência no papel e auxiliar na retenção de cargas.

Amido superficial – amido natural milho, mandioca ou de batata cujo peso molecular é previamente reduzido, em função da viscosidade da solução desejada. É aplicado na superfície do papel para aumento de sua resistência superficial e acabamento, através da chamada prensa de cola ou “size press”.

Aproveitamento – é a relação, expressa em percentagem, entre a produção bobinada ou acabada e a produção da máquina de papel, na enroladeira.

Bobina – parte do rolo jumbo, o qual foi segmentado numa bobinadeira.

Bobinadeira - equipamento com a função de segmentar longitudinal e transversalmente o rolo Jumbo. Possui facas rotativas que segmentam o rolo transversalmente.

Branqueamento – ou alvejamento, é o tratamento químico, geralmente, em vários estágios, que se dá à celulose depois do cozimento, depuração e lavagem, com a finalidade de descolorir ou remover os materiais corantes não celulósicos ainda presentes na massa, aumentando a alvura do produto final.

Caixa de entrada – caixa de construção hidrodinâmica, instalada no extremo úmido da máquina de papel, com a função de entregar ou lançar um jato de massa muito diluído e hidraulicamente estável, através de uma seção retangular, sobre toda a largura da tela da zona de formação da máquina de papel.

Anexos

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Caixas de sucção – caixas estáticas instaladas sob a tela formadora, com cobertura ranhurada ou perfurada, contendo vácuo internamente, com a função de auxiliar na drenagem da folha de papel em formação.

Caldeira de recuperação – caldeira com um forno especial para queimar lixívia ou licor preto concentrado, obtido do processo de cozimento, onde a água do licor é evaporada, o material sólido é decomposto em carbono, sais inorgânicos e gases voláteis. Tem por finalidade recuperar os reagentes inorgânicos utilizados no cozimento da celulose e gerar vapor para o processo.

Carga mineral – material inorgânico, insolúvel, finamente dividido, tal como caulim, carbonato de cálcio, gesso, dióxido de titânio, etc., adicionado à massa, durante a fabricação do papel, para conferir ao papel determinadas propriedades como: opacidade, alvura, lisura, melhorar a absorção de tinta, etc.

Celulose – é um carboidrato de alto peso molecular principal componente da madeira e de certos vegetais fibrosos.

Celulose de fibra curta – é a celulose cujo comprimento de suas fibras encontra-se entre 0,7 – 2.0 mm, oriunda, principalmente, das madeiras duras ou folhosas. No Brasil, a mais importante para a fabricação de papel é a celulose de eucalipto.

Celulose de fibra longa – é a celulose cujo comprimento médio de fibras está acima de 3 mm, podendo chegar até 5 ou 6 mm. São oriundas, principalmente, das madeiras coníferas.

Celulose sulfato – celulose produzida pelo processo sulfato de polpação. O licor de cozimento é o hidróxido de sódio com sulfeto de sódio, produtos químicos que são economicamente recuperáveis em uma instalação de recuperação.

Celulose sulfito – celulose produzida pelo processo sulfito de polpação. O licor de cozimento é o sulfito ácido de cálcio, formado pela mistura de bissulfito de cálcio com excesso de ácido sulfuroso.

Centrilimpador – ou “centricleaner” é um sistema de depuração da massa constituído por estágios de hidrociclones, para eliminação de contaminantes pesados e/ou grossos.

Circuito de aproximação – faz a interface entre a preparação de massa e a caixa de entrada de uma máquina de papel. Fazem parte deste circuito o sistema de depuração, o controle de gramatura, controle de fluxo para a máquina. A maior parte da água branca drenada na máquina é utilizada para diluição da massa, neste circuito.

Colagem interna – adição de químico à massa que está sendo preparada, a fim de prevenir ou controlar a penetração de líquidos através da folha de papel. É conseguida com a adição de cola sintética (ex.: ASA – alkenyl succinic anhydride ou AKD – alkyl ketene dimer) ou cola vegetal (ex.: cola de breu)

Colagem superficial – adição de amido cozido de milho ou de mandioca sobre as superfícies do papel para lhe conferir resistência superficial e acabamento. Juntamente com o amido

Anexos

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outros aditivos podem ser aplicados (ex.: alvejante óptico, agente de colagem, corantes, etc.).

Consistência – é a percentagem de material sólido, seco absoluto, contido na massa.

Cozimento – operação feita com materiais celulósicos fibrosos tais como madeiras, fibras têxteis e resíduos agrícolas, tratando-os com produtos químicos apropriados, geralmente com o auxílio de alta pressão e temperatura, com o objetivo de remover grande parte dos materiais não celulósicos, principalmente a lignina.

Depuração – operação que consiste em fazer a massa diluída passar por equipamentos de limpeza da massa (hidrociclones e/ou peneiras) para eliminação de aglomerados de fibras ou de impurezas ou contaminantes. Pode ocorrer em diferentes fases do processo.

Depurador – nome geralmente dado a um depurador com peneira. Pode ser pressurizado ou rotativo.

Desagregador ou “pulper” – equipamento usado para desagregar ou suspender em água a matéria-prima fibrosa, como: celulose, pasta mecânica ou aparas de papel reciclado.

Desaguamento – ou drenagem é o processo de retirada de água da suspensão, que ocorre, de forma controlada, nas seções de formação (filtração através de tela) e de prensas ( compressão da folha úmida entre rolos cilíndricos) de uma máquina de papel.

Dupla-face – diferença entre os valores medidos ou apresentados para uma mesma característica ou um mesmo parâmetro, em cada uma das superfícies do papel.

Enroladeira – equipamento instalado no final do extremo seco da máquina de papel, onde o papel, produzido continuamente, é enrolado sobre um carretel ou estanga, gerando o rolo Jumbo.

Feltro pick-up – ou feltro pegador, é o feltro úmido que, além de envolver o rolo superior da 1ª prensa e os rolos- guia da máquina, envolve também um rolo de sucção. Juntos estão em contato com a parte extrema e inclinada da tela da mesa plana, para aspiração e transporte da folha úmida de papel que foi formada.

Feltro úmido – material tecido, com superfície e estrutura apropriadas, instalado nas prensas da máquina de papel, com as funções de transportar a folha úmida bem como absorver e transportar a água extraída do papel pela prensagem, para que seja eliminada do circuito das prensas, através de caixas de vácuo (UHLE boxes).

Fibrilação externa – exposição das fibrilas ou unidades fibrilares, durante a operação de refinação da massa, aumentando a superfície específica das fibras para o desenvolvimento de ligações interfibrilares, durante a formação da folha de papel.

Fibrilação interna – inchamento da fibra causado pela penetração de água no interior das fibras de celulose, durante o processo de refinação, promovendo o inchamento das fibras, em razão do alojamento de moléculas de água entre as fibrilas. Torna as fibras mais flexíveis.

Anexos

142

Formação do papel – também chamada de distribuição, é definida como grau de uniformidade com que as fibras estão distribuídas na folha de papel.

Gap Former – tipo de formador de máquina de papel com duas telas, em que o jato de massa é lançado entre as duas telas ou no “gap” entre as mesmas.

Gramatura – peso da folha de papel por unidade de superfície, normalmente expresso em g/m2.

Grau de refinação – medida do grau de esgotamento ou de drenagem de uma suspensão fibrosa, durante a operação de formação de uma folha, em um equipamento específico ( Schopper Riegler, Freeness, etc.), em condições e procedimentos padronizados. Normalmente, é determinado em laboratório.

Hidratação – termo empregado para designar o fenômeno de penetração de água no interior das fibras de celulose, durante a refinação.

Hydro-Foil – lâmina raspadora, construída em polietileno ou material cerâmico, com perfil de um “foil” (perfil da asa do avião), instalada transversalmente sob a tela formadora da máquina de papel. Tem a função de promover a drenagem da folha que está sendo formada, através do vácuo gerado pelo movimento longitudinal da tela sobre o “foil” (lâmina anterior) além de raspar a água drenada (lâmina posterior).

Lignina – material não celulósico constituinte de vegetais, em especial das madeiras. Possui alto peso molecular, é amorfa e colorida, e desempenha o papel de um adesivo entre fibras. A maior parte da lignina é removida no processo de cozimento. No processo de branqueamento é descolorida ou quase totalmente removida.

Máquina Fourdrinier – nome dado à máquina de papel cuja seção de formação é constituída por uma mesa plana.

Massa – nome genérico dado à suspensão fibrosa, durante a utilização no processo de fabricação de papel.

Massa virgem – suspensão fibrosa, recebida da planta de celulose, em uma fábrica integrada, que ainda não foi refinada e aditivada.

Mesa plana – seção de formação da máquina que possui uma tela plástica como componente principal e é suportada por rolos cilíndricos e caixas contendo “hidro foils” ou e caixas de sucção. Chuveiros transversais fazem a limpeza contínua da tela, que é acionada e guiada por rolos cilíndricos específicos.

Orientação de fibras – direção das fibras em relação ao eixo longitudinal da máquina de papel.

Passe – diferença de velocidade linear entre seções consecutivas da máquina de papel.

Prensa de colagem – ou “size press”, consiste de uma prensa com rolos revestidos com borracha, que está instalada num ponto intermediário da seção de secagem ou secaria da máquina de papel, com a função de aplicar amido nas superfícies da folha de papel (amido

Anexos

143

superficial ou colagem externa). O papel pode receber o amido, quando mergulhado numa poça de solução de amido, entre os rolos da prensa (size press), ou através da aplicação de um filme de solução de amido sobre cada uma das duas superfícies (“film size press”).

Preparação de massa – conjunto de operações por que passa a suspensão fibrosa, desde o seu recebimento até alcançar a máquina de papel, incluindo a desagregação (quando utilizada celulose seca ou desaguada), refinação, aditivação e depuração.

Produção acabada – produção disponível para ser expedida ou enviada ao cliente.

Produção bruta – produção da máquina na enroladeira.

Produção líquida – produção da máquina, após bobinagem.

Receita de fabricação – especificações de parâmetros relativos ao processo, operação e qualidade do papel, para a fabricação de um determinado tipo de papel.

Refinação – tratamento mecânico das fibras, com o objetivo de torná-las mais flexíveis e com maior superfície específica, a fim de promover a formação e desenvolver resistência na folha de papel.

Refinador – equipamento rotativo, cujo rotor e estator possuem lâminas que promovem golpes mecânicos nas fibras que atravessam, na forma de um colchão de massa, o estreito espaço entre eles. Este espaçamento entre rotor e estator é modificado com maior ou menor aplicação de energia, definindo assim o controle da refinação ou o grau de refinação da massa.

Rolo “couch” – Rolo instalado no final da zona de formação, que trabalha com vácuo e promove a última etapa do desaguamento da folha formada para entregá-la à prensagem.

Rolo Jumbo – nome da bobina mãe ou rolo de papel produzido na enroladeira da máquina de papel.

Secaria - denominada, também, de parte seca da máquina de papel, consiste de conjuntos ou grupos de cilindros secadores metálicos, alimentados com vapor, para troca térmica entre sua superfície externa metálica e o papel úmido em contato com ela, proporcionando o aquecimento e evaporação da água alojada entre as fibras. Outros componentes como rolos-guia, acionamento, lâminas raspadoras, etc. fazem, também, parte do sistema.

Vestimenta – nome genérico dado aos feltros e telas de uma máquina de papel.

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ANÁLISE DAS VARIÁVEIS OPERACIONAIS DE UM PROCESSO DE...

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