O documento discute conceitos fundamentais da refinação de polpa, incluindo: 1) A refinação hidrata e flexibiliza as fibras através da fibrilação interna e externa, com impactos de baixa intensidade para minimizar o corte das fibras. 2) A maior parte da energia utilizada na refinação é gasta na preparação da massa e circulação, enquanto a refinação propriamente dita consome uma parcela menor. 3) Os principais efeitos da refinação nas fibras são a fibrilação interna e

1. Baixa Consistência
Conceitos Fundamentais de Refinação
Elcio Donizeti de Castro
elcio.castro@hergen.com.br (11) 94324 8422

2. Refinação
Tratamento mecânico efetuando sobre a polpa com fibras completamente
separadas e que tem por finalidade promover mudanças na estrutura das
fibras que compõem a polpa
 Hidratando a Fibra Promovemos a Alargamento e a Flexibilização (Fibrilação
Interna)
 Aumentando a Área Superficial da Fibra (Fibrilação Externa)
 Alta Freqüência de Impacto Com Baixa Intensidade para Minimizar a
Redução do Tamanho da Fibra (Pouco Corte)

3. 3
Energia utilizada na Refinação
33%
8%
24%
7%
1%
12%
10% 2%3%
Consumo de Energia
Elétrica
Preparação de Massa
Circulação
Drives PM
Hidraulica/Lubrificação
Sistema de Agua
Sistema de Vácuo
71%
18%
4% 0% 6% 1%
Preparação de Massa
Refinadores Pulper Depuradores
Engrossador Deflaker Disc Filter

4. Energia utilizada na Refinação
Baixa Consistência (3 ~ 6%)  3 a 25 kWh/t por D°SR
Alta Consistência (30 ~ 60%)  10 a 60 kWh/t por D°SR

5. A Modificação nas Fibras
 Fibrilação Interna
 Fibrilação Externa
 Corte das Fibras

6. A Modificação nas Fibras
 Fibrilação Interna – Fibras flexíveis tem maior superfície de contato
aumentando a resistência
 Fibrilação Externa
 Corte das Fibras

7. Movimentação dos Discos

8. Efeitos da Refinação na Fibra
 Remoção da superfície externa, parede primária
 Fibrilação Externa
 Fibrilação Interna
 Corte da Fibra
 Dissolução dos componentes químicos da parede da fibra

9. Curva Típica de Refinação

10. Fatores que influenciam no processo
Fatores
afetados pelo
processo
Variáveis da matéria-
prima
Variáveis do
equipamento
Variáveis do processo
Alterações
desejáveis na
estrutura da fibra
Tipo de fibra
(espécie de
madeira)
Método de
cozimento
Grau de
deslignificação
Comprimento da
fibra
Composição
química da fibra
Método de
branqueamento
Secagem da
massa
Tipos de refinadores
Potência motora
Velocidade
periférica
Dimensões das
facas e sulcos
Ângulo de inclinação
e de intersecção
Direção do fluxo
Comprimento do
corte
Natureza das
guarnições
Material e
fechamento entre
lâminas
Presença ou
ausência de
obstruções (“dams”)
Temperatura
pH
Consistência
Pressão específica
Distância entre
Lâminas
Vazão da massa
Energia aplicada
Consumo
específico
Carga específica
de lâmina (ou
aresta)
Arranjo dos
refinadores
Flexibilidade
Colapsamento
Fibrilação
Relação
adequada
entre corte e
fibrilação.
Variáveis da Refinação

11. Efeitos da Refinação
Fibrilação
Interna
Fibrilação
Externa
Finos Corte
Volume Específico
Flexibilidade
Superfície Específica
Comprimento da Fibra
Absorção de Agua
Porosidade
Densidade
Lisura
Indice de Rasgo
Alongamento
Pequeno
Maior
Primários
Secundários

12. Evolução dos Refinadores
Holandesa Jordan Refinador Cônico Refinador a Disco

13. Refinadores – Alta Consistência
Refinadores de Alta Consistência
30 – 50% Alta Rotação – Motores de 5 a 20 MW
Alta Consistência Baixa Consistência
Consistência 30 – 50% 3 – 6%
Energia Específica 200-400 kWh/ton 50-250 kWh/ton
Rotação do Motor
(média)
1800 rpm 720 rpm
Transporte de Massa Rosca Bomba Centrífugas
Pressurização atmosférico Sim
Intensidade de
Refinação
Baixíssima Média

14. Refinadores – Baixa Consistência
Refinadores de Baixa Consistência
3 – 6% Baixa Rotação – Motores de 0,1 a 2 MW

15. Fluxo de Massa - Discos
ENTRADA DE MASSA
SAÍDA DE MASSA
RotativoFixo Fixo

16. Acoplamento
Discos de Refinação
Conjunto Rotativo
Câmara Pneumática
Mecanismo de
Avanço
Entrada de
Massa
Saída de
Massa Moto
Redutor
Refinador a Disco

17. Fluxo de Massa - Cônico
ENTRADA DE MASSA
Fixo
Tampa
Rotativo
ACIONAMENTO
SAÍDA DE MASSA
Fixo

18. Acoplamento
Cônicos de Refinação
Conjunto
Rotativo
Câmara Pneumática
Mecanismo de
Avanço
Entrada de
Massa
Saída de
Massa
Moto
Redutor
Refinador TriConic

19. Deflaker
Equipamento com rotor e estator com
objetivo de desintegrar “flocos” de
massa.
Dependendo do tamanho e conteúdo
dos flocos e quantidade de cinzas será
definido o tipo de disco (finos ou
grosseiro)

20. Deflaker - Discos
Despastilhamento Grosseiro Despastilhamento Fino

21. Especificação do Disco
A,B  D º = Espessura, Canal, Ângulo
AA
SA
BA
SA = Angulo do Setor
BA = Angulo das Lâminas
AA = Angulo Médio das Lâminas
AA = BA + SA
2

22. Disco de Baixa Intensidade

23. Ângulo de
Intersecção
Corte de Fibra
Efeito
Bombeamento
20 Extremo Pequeno
25 Severo Pequeno
30 Excessivo Baixo
35 Moderado Moderado
40 Desprezível Normal
45 Nenhum Alto
50 Nenhum Muito Alto
Cruzamento das Lâminas
Sentido de Giro Sentido de Giro
Rotor RotorEstator Estator
Mais Corte
Menor Bombeamento
Menor Hidratação
Menos Corte
Mais Bombeamento
Mai Hidratação
Angulo

24. Cruzamento das Lâminas
Angulo Pequeno  Maior Ruído
Angulo Grande  Maior Consumo e Menor Capacidade Hidráulica
Fibra Longa  Recomenda-se Angulo Maior

25. Características dos Discos

26. Distribuição da Energia
CARGA DO REFINADOR
NO LOAD Circulação de Massa
NO LOAD Circulação de Água
NO LOAD Refinador Vazio
0
kW kW
POTÊNCIA
EFETIVA DE
REFINAÇÃO
POTÊNCIA EM
VAZIO
(NO LOAD)

27. Distribuição da Energia
Energia Elétrica
Potência de
Saída no Eixo
Perdas
Mecânicas nos
Mancais
Perdas
Hidrodinâmicas
Energia
Aplicada nas
Fibras
Perdas
elétricas,
mecânicas, etc
Modificação nas Fibras + Calor
Calor
CalorCalor

28. Distribuição da Energia
Perdas Hidráulicas – Energia necessária para girar o disco rotativo do refinador
com massa e perto do disco estacionário.
Perdas de Bombeamento – Energia consumida pelo refinador no
bombeamento de massa da entrada até a saída do refinador.
Perdas Mecânicas – Devido ao atrito dos rolamentos e eixo.

29. Valores de Carga em Vazio – No Load

30. Qtde de Energia
Aplicada
(kWh/ton/Delta SR)
Intensidade de
Refinação
(Ws/m ou J/m)
Resultado da Refinação
SRE = Potência Efetiva
Fluxo de Fibra
SEL = Potência Efetiva
Velocidade do Corte
Quantidade de Refinação = kWh/ton/(CSF inicial – CSF final)
Intensidade de Refinação* = Ws/m
* Intensidade = Potência/Velocidade de Corte
Comprimento de Corte = km/rev
Velocidade de Corte = km x rpm
rev x 60 Máximo: 8 HP/ton/dia
Velocidade Máxima ~ 24 m/s

31. Rotação
Potência Aplicada pelo Motor
Baixa Intensidade Alta Intensidade
Intensidade de Refinação
400 kW
100 kW
400 kW
200 kW

32. Intensidade de Refinação
Com Baixa Intensidade de Refinação temos:
• Maior Fibrilação
• Menor Corte das Fibras
• Melhoria nas Propriedades do Papel
Com Alta Intensidade de Refinação temos:
• Média Fibrilação
• Maior Corte das Fibras

33. Resumindo: Refinação pode ser alterada por:
Quantidade de Energia Aplicada
Através da distância entre os discos aumenta-se ou diminui-se a quantidade
Intensidade de Energia (ou Refinação)
Através da area refinadora (espessura das lâminas/canal)
Intensidade de Refinação
SEL [Ws/m]
Softwood kraft 2,0 – 6,0
Softwood sulfite 0,9 –1,5
Acacia Kraft 0,4 – 0,6
Eucalyptus Kraft 0,3 – 0,8
Hardwood kraft 0,4 –1,5
Hardwood sulfite 0,3 – 0,8
SW Groundwood 0,5 – 1,0
Softwood TMP 0,8 – 1,5
Softwood CTMP 1,0 – 1,8
Hardwood CTMP 0,5 – 1,0
Tipo de Fibra
SEL
Ws/m

34. Consistência da Massa
 Aumenta a probabilidade de Formação do Colchão de Massa
 Vida Útil do Disco é Maximizada
 Variações são Minimizadas
 Recomendada a Consistência Mínima de 3,5 % e Máxima de 6%
Consistência [%] = Relação de Quantidade de Água com Massa

35. Problemas com a Baixa Consistência
 Se não tiver massa, a distância entre os discos não pode ser mantida
 Fraco desenvolvimento da fibra, incluindo o corte das fibras
 Redução da vida útil dos discos
Tipo de Fibra Consistência
FLNB 3,5% – 4,5%
FLB 3,5% – 5%
FCB Eucalipto 4% – 6%
OCC 3,5% – 5,5%
Pasta Mecânica 4% – 6%
Reciclado Mistura 4% – 6%

36. Taxas de Fluxo do Refinador
 Todo refinador tem uma Faixa de Fluxo Recomendada
 Operando abaixo ou acima da Faixa Recomendada podemos causar uma
Operação Pobre, Aumentar os Custos de Manutenção, Aumento do
Consumo de Energia e Danos a Fibra

37. Problemas com Altas Taxas de Fluxo
 Vida Útil dos Discos
 Queda de Pressão através do Refinador
 Otimização do Projeto da Área Refinadora Prejudicada

38. Problemas com Baixo Fluxo
 Pequeno ou Sem Colchão de Massa entre os Discos
 Discos se Encostam Diminuindo sua Vida Útil
 Refinação Ineficiente (Energia x Tratamento)
 Aumento da Geração de Finos

39. Solução de Taxas de Fluxos
Baixo Fluxo Alto Fluxo
•Recircular •Mudar Bomba
•Mudar de Paralelo para Série •Mudar Série para Paralelo
•Mudar Configuração do Disco •Mudar Configuração do Disco
•Tanque Retenção •Inserir ou Aumentar Refinador
•Refinador Menor •Aumentar Consistência

40. Tamanho HP rpm No Load Baixo Médio Alto
20 300 900 75 540 950 2000
24 450 720 85 900 1300 2500
26 500 720 120 1100 1800 3000
30 600 600 125 1400 2200 4000
34 800 514 135 1700 2700 5000
1000 600 215 2000 3100 6000
38 1250 514 215 2300 3800 7300
42 1500 450 220 2800 4500 8600
1750 514 330 3200 5200 10000
54 3000 400 450 5300 8700 18000
Fluxo LPM
Características dos Refinadores

41. Influência do pH
Alto pH (Meio Básico)
• Faz do colchão de massa ficar
“escorregadio”
• Mais susceptível a “bater”
• Maior dilatação da fibra
• Menor consumo de energia
Baixo pH (Meio Ácido)
• Afeta a vida útil do disco  Meio
Ácido causa corrosão
Substância pH
Ácido de bateria <1.0
Suco gástrico 2.0
Suco de limão 2.4
Cola (refrigerante) 2.5
Vinagre 2.9
Suco de laranja ou maçã 3.5
Cerveja 4.5
Café 5.0
Chá 5.5
Chuva ácida < 5.6
Leite 6.5
Água pura 7.0
Saliva humana 6.5-7.4
Sangue 7.34 - 7.45
Água do mar 8.0
Sabonete de mão 9.0 - 10.0
Amônia caseira 11.5
Cloro 12.5
Hidróxido de sódio 13.5

42. Diferencial de pressão
Entrada de Massa
Pressão de Entrada
Saída de Massa
Pressão de Saída
Válvula de Entrada
Pe
(2,5 kgf/cm2)
Pe + 1 kgf/cm2
(3,5 kgf/cm2)
Pressão Ideal de Entrada:
2,5 kgf/cm2
Diferencial de Pressão:
1 ~ 1,5 kgf/cm2
14 ~ 25 psi
Dreno
Válvula de Saída

43. Bomba de Alimentação
EDC
E
D
C
Capacidade Ideal:
70% maior que o máximo fluxo
Refinador é projetado para refinar e não para bombear

44. SÉRIE
Vantagens Desvantagens
 Pressão específica menor (fibras passam por mais de um
refinador)
 Grau de refino pode ser mais bem controlado
 Recomendado para altos graus de refinação
 Aumento da temperatura em cada Refinador
 Maior cuidado no controle
 Não recomendado para baixo grau de refino e alta produção
PARALELO
Vantagens Desvantagens
 Maior facilidade de controle
 Maior retenção da massa (fluxo dividido)
 Altas produções e baixo grau de hidratação
 Dificuldades em obter uma boa divisão de fluxo
 Maior pressão específica (potência aplicada por área de
refinação)
Instalação da Refinação

45. Capacidade hidráulica
LPM – Litros
por Minutos
Vazão do
Refinador.
Ideal dentro do
mínimo e
máximo.
Intensidade de Refinação
Ws/m
Transferência
da potência do
motor na fibra.
Depende da
Área
Refinadora.
Consistência da Massa
%
Porcentagem
de água e
fibras.
Energia e Consumo Específico
Energia
Específica =
kWh/ton
Cons.
Específico =
kWh/ton/Delta/°
CSF
Área Refinadora
Espessura da
lâmina,
espessura do
canal e angulo
das lâminas.
Otimização da Refinação

46. Fluxo
Consistência
Diferencial
de Pressão
pH
Instalação
dos Discos
Discos
Adequados
Geometria
do Refinador
Intensidade
de Refinação
Limpeza do
Material
Otimização da Refinação

47. Problemas Gerais
IDENTIFIQUE E QUANTIFIQUE O PROBLEMA:
Condições Mecânicas do Refinador/Motor
Condições do Processo
Taxa de Fluxo Máxima e Mínima
Consistência Ideal
Diferencial de Pressão (Entrada Saída)
Condições de Operação
Discos com Configuração Correta
Discos Instalados Corretamente

48. Baixa Consistência
Modos de Falha dos Refinadores

49. Paralelismo
entre os discos
Alinhamento dos
diâmetros
externos dos
discos
Perpendicularidade do
eixo com o disco
rotativo
Condição do Refinador

50. Condição do Refinador
Refinador Cônico

51. Condição do Refinador
Gap (distância entre discos) = 0,05 ~ 0,15 mm Fibra Curta
0,10 ~ 0,20 mm Fibra Longa
Entrada de Massa
Saída de Massa

52. Manutenção Geral do Refinador
1. Lubrificação Cabeçote Deslizante
2. Vibração Cabeçote Deslizante
3. Superaquecimento Corpo do Refinador
4. Verificar Acoplamento
5. Buchas do Eixo
6. Alinhamento Conjunto Rotativo
7. Planicidade do Cubo do Eixo
8. Base dos Discos
9. Furação dos Discos
10. Corrosão dos Furos da Tampa
11. Pressão de Trabalho

53. Manutenção Geral do Refinador

54. Verificação da Geometria do Refinador

55. Alinhamento Conjunto Rotativo

56. Planicidade Placa x Cubo do Eixo

57. Alinhamento Placa x Corpo

58. Alinhamento Placa x Corpo

59. Alinhamento Buchas do Corpo

60. Alinhamento Cabeçote Deslizante
2
1
3
4

61. Alinhamento Cabeçote Deslizante

62. Condição do Refinador
 Furação
 Limpeza
 Planicidade
 Parafusos Adequados
 Falta de Parafusos
 Instalação Correta dos Discos

63. Rebarba na Lâmina

64. Serrilhados nas Bordas

65. Entupimento de Canais

66. Quebra de Lâminas

67. Desalinhamento do Eixo/Tampa

68. Desalinhamento da Base

69. Lâminas Amassadas

70. Lâminas Arredondadas

71. Desgaste Típico

72. Baixa Consistência
Segurança em Refinadores

73. Cortes nas Lâminas
Segurança Ocupacional

74. Entrada de Massa
Pressão de Entrada
Saída de Massa
Pressão de Saída
Válvula de Entrada
Válvula de Saída Pe
(2,5 kgf/cm2)
Pe + 1 kgf/cm2
(3,5 kgf/cm2)
Pressão Ideal de Entrada:
2,5 kgf/cm2
Diferencial de Pressão:
1 ~ 1,5 kgf/cm2
Dreno
Segurança Ocupacional

75. Acionamentos
Segurança Ocupacional

76. Outros
 Ruído
 Piso Escorregadio
 Eletricidade
 Temperatura Elevadas
Siga sempre as recomendações de Segurança e Higiene Ocupacional de sua empresa
Segurança Ocupacional

77. Segurança Ocupacional
Ruído Menor  Ângulo Maior
• Fibrilação
• Corte
• Consumo
• Capacidade Hidráulica
Zero Grau
0°

78. Elcio Donizeti de Castro
elcio.castro@hergen..com.br - (11) 94324 8422
Produtos e Serviços em Refinação