Latampaper 2019-refinacao-calpher

Máquinas e Equipamentos
LATAMPAPER 2019 – São PauloLATAMPAPER 2019 – São Paulo
Otimização da área refinadora
Sergio Zalewska
sergio.zalewska@kartha-br.com
AUDITORIA EM SISTEMAS DE REFINAÇÃO
Manutenção e condições mecânicas
Parâmetros de processo
Controle de carga

Refinação:
Ação mecânica CONTROLADA aplicada às fibras celulósicas com a
finalidade de producir as alterações necessárias para atingir as
propriedades mecánicas requeridas no produto final.
Fibras não refinadas:
Não há ligação entre fibras,
apenas entrelaçamento
Fibras refinadas:
Após as fibras terem sido impactadas mecanicamente,
ligações “magnéticas’ por pontes de hidrogênio
se formam promovendo resistencia mecánica na folha

Movimento
relativo
Pressão
Fibras não refinadas Fibras refinadas
Efeitos del refino
Corte e geração de
finos
Fibrilación
externa
Fibrilación interna y
absorción de agua
(inchamento)
• Media resistência a tração
• Baixa resistência ao rasgo
• Baixo “bulk”
• Baixa porosidade
• Media resist. a tração
• Baixa resist. al rasgo
• Alto “bulk”
• Alta porosidade
• Alta resistência a tração
• Alta resistência ao rasgo
• Baixo “bulk”
• Porosidade media
 Em maior ou menor grau, todos os efeitos são gerados na refinação
 Nem todas as fibras são impactadas em uma passagem pelo refinador
 Apenas 30-50% das fibras são afetadas, o restante permanece intacto

Objetivos da refinação:
Geralmente o objetivo é produzir uma folha
de papel com a maior resistência mecânica
possível. O melhor meio de se alcançar este
objetivo é criando o maior número de
microfibrilas na superficie das fibras, sem
todavia reduzir o comprimento das mesmas.
Para isso, é necessário aplicar a energia
mecânica da maneira correta.

LATAMPAPER 2019 – São Paulo
Manutenção e condições
mecânicas dos refinadores

O refinador é uma máquina de precisão
Dimensões das fibras virgens:
Fibra longa (Pinus)
3,0 mm
0,030mm 0,016mm
1,2mm
Fibra curta (Eucaliptus)
Dimensões do refinador:
500mm (20”)
a
1400mm (54”)
Espacio donde las fibras son tratadas
Para uma boa eficiência de refinação,
As condições mecânicas do refinador
são da mais alta importância

Correto Eixo ou cubo desalinhados
Buchas desgastadasTampa com excesso de folga

Verificação do alinhamento do refinador:
Folga nas buchas Ajuste da tampa
Alinhamento do
Cabeçote deslizanteFolga do cabeçote
deslizante

Cubo e eixo sentido axial Cubo e eixo sentido radial
Assento da tampa Assento do disco traseiro
Verificação do alinhamento do refinador:

Causas do travamento do eixo: Bucha das gaxetas desgastada
Acoplamento sem lubrificação, com
excesso de graxa, graxa seca ou dentes
desgastados
Buchas do corpo desgastadas ou desalinhadas

Más condições mecánicas resultam em:
 Vibração
 Desgaste excessivo de discos
 Desgaste irregular ou desigual dos discos
 Danos a rolamentos e acoplamento
 Vazamento pelas gaxetas
Mas principalmente:
• Refinação de má qualidade,
prejudicando as características
físicas do papel
• Desperdício energético

 Manutenção simplificada
 Evita desgaste em buchas e acoplamento
 Garante melhor centralização do rotor
 Disponível para a maioria dos refinadores
com eixo flutuante
Uma alternativa para o eixo flutuante
Up-grade para cubo ranhurado

Parâmetros de proceso

Vazão e pressão
 Influem diretamente na estabilidade do processo.
 Garantem a centralização do rotor.
 Vazões abaixo do recomendado devem ser corrigidas com
recirculação e/ou instalação de refinadores em série.
 Pressão muito baixa causa instabilidade no rotor.
 Vazão e/ou pressão altas descentralizam o rotor.
Instalação em paralelo
Alta vazão e baixo salto de grau de refino
Instalação em serie
Baixas vazões e altos saltos de grau de refino

Consistência
 Pinus (3,0 - 4,0 %)
 Eucalipto (4,0 - 5,0 %)
 Baixas consistências favorecem o contacto entre lâminas e fibras,
aumentano o efeito de corte.
 Consistências mais altas promovem o Contato entre fibras,
proporcionando mais efeito de fibrilação e menos corte.
Efeito do pH (F.C. Branqueada)
20
30
40
50
60
70
80
0 20 40 60 80 100 120
Energía específica (kWh/t)
Tensile(Nm/g)
pH 5
pH 7
pH 9
pH
 Ideal 7 - 9
 pH baixo enrijece as fibras,
aumentando o efeito de corte
e formação de finos.
Flutuações de consistência causam instabilidade no sistema de controle
de carga, variações de pressão e choque entre discos, resultando em uma
refinação deficiente

Controle de carga

Um bom controle de carga tem por objetivo não somente compensar o
desgaste dos discos mas também manter uma refinação constante
minimizando os efeitos das possíveis oscilações de processo:
 Consistência
 Vazão
 Variações em materia rpima
Controle de carga

kW constante
 Muito barato
 Compensa apenas o desgaste dos discos
 Insensível a variações de vazão, consistencia e matéria prima
CIC
FIC
EwT
?
?
Controle de carga

CIC
FIC
EwT
kWh/T
 Necessita um controlador mais sofisticado ou implementado no controle
centralizado (SDCD)
 Compensa apenas o desgaste dos discos, flutuações de vazão e consistência
 Insensivel a variações de materia prima
Controle de carga

CIC
FIC
EwT
DrT
kWh/T compensado por medidor de freeness on-line
 Controle mais completo que compensa também as variações de materia prima
 O valor do set-point de kWh/T é constantemente atualizado pela leitura de
freeness a cada ciclo, normalmente de 10 – 15 minutos
Controle de carga

Desenho dos discos
(área refinadora)

Este é o tema mais discutido e estudado no proceso de
refinação, e sem dúvida o mais importante, porém nenhuma
área refinadora poderá atingir seus objetivos de qualidade de
refinação e economía de energia se os refinadores não tiverem:
 Correto dimensionamento
 Instalação adequada
 Boa manutenção e ótimas condições mecânicas
 Controle de carga adequado
Área refinadora

Intensidade de refinação:
A energia mecânica é transferida às fibras através do
cruzamento entre as lâminas.
Quanto maior o número de lâminas nos discos, a energia será
distribuida de forma menos intensa e aumentará também o
número de fibras impactadas em um passe pelo refinador.
DISCOS DE ALTA INTENSIDADE DISCOS DE BAIXA INTENSIDAD
Área refinadora

SEL (Ws/m) =
Pnet(kW) x 60
CEL(km/rev) x RPM
A intensidade de refino é expressa pela
carga específica de corte, mais conhecido
pelo nome em inglês:
Specific Edge Load (SEL)
Onde:
• Pnet = Energia líquida = Total kW – carga en vazio (no-load)
• CEL (km/rev) = comprimento de corte, dependente da área
refinadora e infomada pelo fabricante dos discos
• RPM = velocidade do rotor
Área refinadora

TensileIndex(Nm/g)
TensileIndex(Nm/g)
Net Energy (kWh/T) Net Energy (kWh/T)
Os benefícios do uso de baixas intensidades de refinação tanto
em melhoria de qualidade de refinação como em economia de
energía já são conhecidos e utilizados por varios fabricantes de
papel.
Resistência x energia
Fibra curta branqueada
Resistência x Energia
Fibra larga não branqueada
Área refinadora

As fibras devem ser
tratadas com carinho!
Alta intensidade
• Corte
• Generação de finos
• Maior energia total
Baixa intensidade
• Fibrilação
• Absorção de água
• Menor energia total
Área refinadora

Exemplo:
DDR 34” com motor de 600kW / 500 RPM utilizando 500 kW de
carga líquida (já descontado o no-load) terá:
Discos 3x4x7°30’: 29 km/rev  2,06 Ws/m
Discos 2x3x7°30’: 43 km/rev  1,39 Ws/m
Discos 1,6 x 3,2x7°30’: 56 km/rev  1,22 Ws/m
Discos 1,2 x 2,5x7°30’: 82 km/rev  0,83 Ws/m
Limitación: los discos con barras y canales estrechos normalmente
limitan el caudal, siendo utilizados solamente hasta una altura de
3mm, cuando los platos deben ser cambiados.
Área refinadora

LB
MA
SA
Nomenclatura
SA = Ângulo do setor= 360°/número de setores
MA = Ângulo médio
LB = Ângulo de inclinação da primeira barra
Ângulo de Cruzamento = 2 x MA
Inclinação das lâminas
MA = LB + SA/2
Para discos com 12 sectores:
LB= 15° ’  MA = 30°   Cruce = 60°
LB= 7°30’  MA = 22°30’  Cruce = 45°
LB= 5°  MA = 15°  Cruce = 30°
Área refinadora

Ângulo de cruzamento = 2 x MA
Maior ángulo:
 Hidratação
 Fibrilação
 Maior bombeamento
Menor ângulo:
 Corte
60°
30°
45°
Usado na maioria dos processoss
Boa fibrilaçãp
Bombeamento moderado
Altos fluxos
Baixo salto °SR
Alta energia para bombeio
Alto corte
Baixo bombeo
Usado para:
• Papel vegetal
• Papel resistente a agua
• Celulose de dissolução
Área refinadora

Variação do ângulo de cruzamento em um disco convencional
(12 setores por disco)
Dependendo da posição relativa dos discos
(25° ângulo médio = 50° ângulo de cruzamento teórico)
VARIAÇÃO NO ÂNGULO DE CRUZAMENTO 35° - 80°
As fibras não recebem tratamento homogêneo, produzindo uma massa com
comprimento de fibras muito disperso, com geração de finos e corte de fibra, bem como
fibras com pouco tratamento, afetando a qualidade do produto final.
Área refinadora

O desafio:
• Aumentar o número de lâminas nos discos
• Otimizar a distribuição do fluxo entre os discos
• Minimizar a influencia da variação de ângulo
Setores menores
(Short Angle Sector)
Uso de barras super finas
1,2 x 2,2
0,9 x 2,0
1,6 x 2,5
Novo desenho do canal
de alimentação

Diminuir a variação de ângulo
usando
Short Angle Sectors
VARIAÇÃO: 43° - 58° antes: 35° - 80°
Platos
convencionales
Platos
SAS
Área refinadora

Novo desenho do canal de alimentação:
• Melhora a distribuição de massa na área de refino,
aumentando o número de fibas impactadas e
proporcionando uma refinação mais homogênea
• Aumenta a vida útil dos discos, podendo utiliza-los até
1mm de altura
Área refinadora

O desenho SAS combina:
 Maior número de barras
 Baixa variação do ângulo de cruzamento
 Distribuição otimizada do fluxo
 Vida útil mais longa
Proporcionando o melhor desenvolvimento das características da fibra, ao
mesmo tempo reduzindo a energia total usada no processo.

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