M..O. D Almeda ; C.E.B. Foekel; S.W. Park; C..C. Marques; P.K. Yasumura and V. Manfred (Edors), Proceedngs of he ABTCP 01 + VII CIADICYP The 45 h ABTCP Inernaonal Pulp and Paper Congress and VII IberoAmercan Congress on Pulp and Paper Research Ocober, 9-11. 01, Sao Paulo Brazl. 01 ABTCP and 01 RIADICYP. All rghs reserved. OTIMIZAÇÃO A REFIAÇÃO DE PASTAS QUÍMICAS: MIIMIZAÇÃO EERGÉTICA E OTIMIZAÇÃO COJUGADA DE PROPRIEDADES Álvaro Vaz 1, Jacques Slvy 1, Crsna Gl 1, Rogéro Smões 1 1 Undade de Invesgação de Maeras Têxes e Papeleros, Unversdade da Bera Ineror, 601-001 Covlhã - Porugal RESUMO O obevo dese rabalho fo o esabelecmeno de uma meodologa que permsse relaconar as propredades da suspensão fbrosa, nomeadamene as morfológcas e físcas, assm como as do papel, desgnadamene as esruuras, ócas e de ressênca, com as varáves operaconas de refnação e as caraceríscas físcas e químcas da maéra-prma. Vsou-se efecuar um conrbuo para a análse da refnabldade de pasas químcas para papel, ulzando uma perspeva de análse hdromecânca, bem como permr a elaboração de planos de conrolo para a mnmzação do consumo energéco e a omzação conugada de propredades papeleras. As refnações realzaram-se num refnador Valley laboraoral, endo-se ulzado como varáves de esudo a carga sobre o clndro, a velocdade de roação do roor e a energa específca aplcada. Para a sua consecução adapou-se ao equpameno um varador de velocdade no roor, um sensor para medção da dsânca enre o roor e o esaor e um meddor de poênca elécrca. Esudaram-se eses efeos para dferenes maéras-prmas, endo-se ncluído na análse rês pasas Kraf branqueadas, uma de pnho slvesre, uma de eucalpo e oura de béula. Ao nível da fbra, analsou-se a sua morfologa por análse de magem, especfcamene o seu comprmeno médo e a sua dsrbução, a sua largura, massa lnear, curvaura, eor em dobras, fbrlação e proporção de fnos; deermnou-se anda a sua ressênca nrínseca, o seu nível de hdraação e a sua flexbldade em esado húmdo. Ao nível do papel analsou-se a massa volúmca das folhas, a ressênca à ração, a ressênca ao rebenameno, a ressênca ao rasgameno, a brancura, a opacdade e os coefcenes de dspersão e absorção da luz. Implemenaram-se meodologas para a medção da área relava de lgação e para esmar a energa de lgação enre as fbras da folha de papel aravés de méodos ócos e mecâncos. Os resulados expermenas foram explorados de forma a desenvolver relações de conrolo das propredades das pasas para a produção do papel. Efecuou-se uma omzação das condções de refnação para cada uma das maéras-prmas esudadas para pos específcos de papés ndusras, respecvamene em ermos das propredades do papel e do consumo de energa no refnador Valley. Palavras-chave: pasas químcas, avalação de pasas, hdromecânca, omzação. 1. ITRODUÇÃO Ebelng (1980) defnu a refnação como o processo de crar mudanças esruuras na parede celular das fbras pela ulzação de energa mecânca. Esas modfcações permem a obenção de caraceríscas esruuras de cada qualdade de papel com propredades e comporamenos específcos deseados. O prncípo da refnação assena no raameno das fbras enre barras esaconáras que se opõem a barras em movmeno na presença de água (umanen, 000). Rance e Seenberg publcaram em 1951 resulados em que a refnação era analsada como um processo de lubrfcação numa chumacera de roação (Ebelng, 1980). Radoslavova, Slvy & Roux (1997) modelaram a hdrodnâmca da refnação num refnador Voh laboraoral, analsando-a como um processo de lubrfcação. Roux e al (1999) desenvolveram uma eora hdromecânca da refnação a baxa conssênca para refnadores cóncos e de dscos. Baseado num modelo hdromecânco da refnação, é possível efecuar uma análse hdromecânca do processo de refnação (represenado na fgura 1) para um refnador Valley laboraoral. Avalam-se as forças angencas e normas desenvolvdas no enreferro enre o roor e o esaor, obendo-se poserormene uma esmava da vscosdade aparene (Vaz, 005; Vaz e al, 011). Correspondng auhor: Álvaro Vaz. Undade de Invesgação de Maeras Têxes e Papeleros, Unversdade da Bera Ineror, 601-001 Covlhã Porugal. Tel.: +351-966015063; Fax: +351-75-319740; e-mal: avaz@ub.p.
A. Vaz ; J.Slvy; C.Gl; and R.F.M. FourhSurname. Roor v R n R F e F n Esaor Fgura 1: Forças exercdas no enreferro. A força normal méda no enreferro é calculada usando o prncípo do equlíbro de forças numa alavanca, o qual resula em: T F n m g (1) U F () é a força normal meda no enreferro, m (kg) é a massa colocada na alavanca, aonde n g (ms - ) é a consane de aceleração da gravdade e T/U é a razão enre os braços da alavanca do Valley. A ensão normal meda n (/m ) no enreferro é dada pela fórmula: Fn n () A em que c c A (m ) é a área de conaco enre o roor e o esaor em m (que é consane ao longo do cclo de roação). O cálculo da força angencal méda recorre à fórmula do rabalho da força angencal ao longo da roação do clndro: dw F ds F r d (3) em que dw (W) é o rabalho desenvolvdo pela força angencal F () à medda que percorre a dsânca ds (m) na superfíce do clndro, equvalene ao produo do rao r (m) do clndro pelo ângulo d (rad) que aravessou. Para o cálculo da força angencal P F r F () fo obda a segune fórmula: (s -1 ) é a velocdade de roação e r (m) é o rao do roor. em que A ensão angencal méda (/m ) no enreferro é calculada pela fórmula: F (5) A c O cálculo da vscosdade para um fluxo lamnar é dado pela fórmula: (4) dv (6) dz
Omzação da refnação de pasas químcas: 3 Mnmzação energec e omzação conugada de propredades dv em que (s -1 ) é o gradene de velocdade no fludo, ambém represenado por G. dz Usando esas fórmulas para o caso do fludo não-newonano (a suspensão fbrosa), pode-se relaconar a ensão angencal méda (/m ) e a vscosdade aparene ap (Pa.s) no enreferro e (m) do Valley por: aonde v e v e ap (7) e (ms -1 ) é o dferencal de velocdade enre a superfíce do roor e a do esaor. Fnalmene, pode-se calcular a vscosdade aparene da suspensão à medda que a refnação progrde pela fórmula: ap v e e G r e Para esar a hpóese subacene de fluxo lamnar, o Reynolds fo esmado como endo uma ordem de grandeza de 50 (logo Re<300), o que confrma a sua valdade. (8). MATERIAIS E MÉTODOS As maéras-prmas selecconadas para ese esudo foram pasas ao sulfao branqueadas de uma espéce resnosa e de duas espéces folhosas. As espéces escolhdas foram as segunes: 1. Pnus sylvesrs fornecdo pela Soporcel, endo como orgem o grupo Kymmene 1.. Eucalypus globulus produzdo pela Porucel. 3. Beula verrucosa fornecda pelo cenro de nvesgação Raz. Tabela 1. Propredades morfológcas das fbras das pasas em esudo. Pasa Comprmeno da Fbra a (mm) argura da Fbra D (m) a /D Massa near (mg/m) Índce de Flexbldade Pnho 1,16 31 37 0,159 50,3 Slvesre Eucalpo 0,67 18 37 0,068 47,5 Béula 0,94 3 41 0,103 46,8 Traa-se de pasas comercalzadas, esando condconadas em fardos com um eor de humdade nomnal de 1%. Cada uma desas maéras-prmas é denfcada nese rabalho como pnho slvesre, eucalpo e béula. Com esa seleção preendeu-se abranger fbras com dferenes comprmenos e dferenes massas lneares. Algumas propredades morfológcas e 1 O grupo Kymmene é um grupo fnlandês da flera floresal.
4 A. Vaz ; J.Slvy; C.Gl; and R.F.M. FourhSurname. físcas das fbras esão sumaradas na Tabela 1, as como o comprmeno arméco médo, a largura arméca méda D, a razão de aspeco da fbra /D, a sua massa lnear e o índce de flexbldade da fbra. Pode-se salenar que, apesar dos dferenes comprmenos da fbra, elas apresenam razões de aspeco ncas semelhanes. O índce de flexbldade fo deermnado num aparelho CyberFlex, que se basea no méodo de Mohln-Seadman (Seadman e uner, 1995). A medção das propredades morfológcas é fea pelo analsador de fbras Morf, desenvolvdo pelo Cenre Technque du Paper 3, composo por uma célula de medda com acessóros dversos que esão lgados a um conuno nformáco po PC. Fgura : Refnador Valley laboraoral e desnegrador. A desnegração das pasas fo efecuada num desnegrador amor funconando a 100 rpm durane 0 mnuos à emperaura ambene, esando a pasa a uma conssênca de 3,6%. As refnações realzadas nese esudo foram efecuadas num refnador Valley laboraoral da orenzen & Were, a uma conssênca de 1,56% e emperaura ncal de 3ºC, endo sdo fea uma homogenezação préva durane 10 mnuos. Uma perspecva do refnador e desnegrador pode ser observada na Fgura. Um varador de velocdade Alvar fo adapado ao refnador, de manera a que a velocdade de roação padrão de 500-rpm do roor pudesse ser alerada. Oura adapação fo o equpameno em lnha MDGE (Espíro Sano, 001) que mede a poênca efecva com um erro relavo nferor a %. Os snas foram adqurdos em nervalos de 375µsegundos e o sofware negrou os valores para 0,06 segundos. o raameno de resulados efecuaram-se médas para cada segundo. Os valores do enreferro médo enre as barras do roor e as do esaor foram avalados adapando um ransduor VDT (lnear varable dfferenal ransformer) da Sensorex em conexão com um RS3C da Kosmos e um sofware de aqusção de snal desenvolvdo para ese propóso. A ncereza da medção fo de 1 m e a sua lneardade fo 0,3%. Traa-se do comprmeno arméco da fbra. 3 CTP (Cenre Technque du Paper): cenro ecnológco do papel, em Grenoble, França.
Omzação da refnação de pasas químcas: 5 Mnmzação energec e omzação conugada de propredades Um plano expermenal fo desenhado nclundo a condção padrão do refnador Valley (uma carga de 5.5kg e uma velocdade de roação de 500rpm) e odas as combnações de dos níves de carga (4.5kg e 6.5kg) e dos níves de velocdade de roação do roor (400rpm e 600rpm). As dferenes condções de refnação esão represenadas na Fgura 3. A defnção e execução do plano expermenal esabelecdo para cada po de maéra-prma (pnho, eucalpo e béula) abrangeram os segunes passos: 1. Deermnação expermenal das curvas de refnação nas condções padrão (carga de 5.5 kg e velocdade de roação de 500rpm), relaconando o grau de refnação ºSR e o empo de refnação.. Esabelecmeno de rês níves de refnação ºSR como meas para se angr nas condções de refnação padrão, desgnadas por O 1, O e O 3. 3. Obenção dos empos de refnação para angr aqueles níves de refnação pela curva de refnação padrão. 4. Obenção da energa específca de refnação EER (kwhr/on) consumda em cada um deses ponos (E 1, E e E 3 ), baseado na poênca líquda consumda (poênca efecva menos a poênca sem carga) nas condções padrão. 5. Obenção do empo de refnação para aplcar a mesma energa específca de refnação E 1, E e E 3 para cada uma das condções (A, B, C e D). Eses valores foram calculados com base em ensaos prelmnares para ober a poênca líquda consumda nas dferenes condções de refnação. 6. Efecuar as cnco refnações (respecvamene para as condções O, A, B, C e D) para cada nível de energa E, de forma aleaóra. O propóso fo a mnmzação do efeo do desgase das lâmnas em cada nível. As refnações do nível E 1 foram efecuadas prmero, depos E e fnalmene E 3. A evolução do enreferro fo regsada. 7. Produção de folhas padrão num formador SCA da AB orenzen & Were, de acordo com a norma SCA C 6:76. Produzram-se folhas com uma gramagem de 60 g/m, e uma área de 14 cm. Depos da formação, as folhas foram prensadas e colocadas num ambene condconado para secagem. 8. Execução dos ensaos para as propredades das fbras e da suspensão fbrosa. 9. Execução dos ensaos para as propredades do papel. A (4.5Kg; 600 RPM) C (6.5Kg; 600 RPM) O (5.5Kg; 500 RPM) B (4.5Kg; 400 RPM) D (6.5Kg; 400 RPM) Fgura 3: Condções do Plano Expermenal de refnação.
6 A. Vaz ; J.Slvy; C.Gl; and R.F.M. FourhSurname. Todo o planeameno de experêncas fo concebdo de forma a se ober uma prmera aproxmação de expressões lneares que relaconem as propredades em esudo com a carga ulzada e a velocdade de roação, nclundo-se um faor de neração enre eses parâmeros. As duas varáves em esudo foram normalzadas, endo como referênca as condções padrão O 5,5 kg e 500rpm. Assm a velocdade de roação fo normalzada, obendo-se a varável defnda pela segune expressão: 500rpm 100rpm (9) em que é a velocdade de roação em rpm. Por sua vez a carga fo normalzada na forma da varável de acordo com a segune expressão: 5,5kg 1,0kg (10) em que é carga da refnação em kg. e varam no neror dos segunes nervalos: 1 1 (11) 1 1 (1) á que os valores esados para e para são 0, +1 e -1. Para cada propredade P obeve-se em cada nível de energa E uma expressão lnear em e com a esruura segune: P (13), 0 em que é a propredade P em análse no nível E, coefcene lnear de, u é o parâmero de neração e Os parâmeros,, e é o coefcene lnear de,, 0 é a ordenada na orgem. é o, 0 foram poserormene ausados em equações função da energa específca de refnação em kwh/ (correspondene a quaro níves energécos, o nível de energa correspondene às pasas no nsane ncal da refnação mas os rês níves de energa esudados). Dependendo dos casos, obveram-se para eses parâmeros equações de grau zero, de prmero grau e de segundo grau. Em cada maéra-prma obeve-se assm uma equação global para cada propredade que a relacona com a velocdade de roação normalzada, a carga normalzada e a energa específca de refnação em kwh/ (ou enão a energa oal específca consumda, á que se conhece o rendmeno da máquna para cada condção de operação). 3. RESUTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Hdromecânca A fórmula obda para a ensão normal em kpa, calculada de acordo com a equação, em a segune forma: 18,70 10,8 (14) esando represenada na Fg. 4.
Omzação da refnação de pasas químcas: 7 Mnmzação energec e omzação conugada de propredades Como sera de esperar, a ensão normal é dênca para as rês pasas e é apenas função da carga. ão depende assm da naureza das fbras. Te nsão orm al (KPa) 14 114 104 94 84-1 -0,6-0, 0, 0,61 Fgura 4: Tensão normal no enreferro. Por sua vez, as equações para a ensão angencal são subsancalmene dferenes para as rês pasas (observe-se a Fg. 5). De ressalar que para um refnador Valley exse um facor de proporconaldade enre as ensões angencas e o SE 45. Elas são essencalmene dependenes das varações da vscosdade aparene com as condções de refnação e com as propredades da pasa, assm como das cargas e gradenes de velocdade no enreferro. Temse assm sucessvamene para o pnho (P), o eucalpo (E) e a béula (B) as segunes expressões para a ensão angencal em kpa (Vaz, 005): 3,0 3,5 0,90 16,55 (15) P T 0,33,93 0,3 0,68 (16) E T 0,88 3,48 0,17 5,88 (17) B T Porquê ocorre um aumeno da ensão angencal para o pnho e para o eucalpo com, e uma redução para a béula? Como se pode consaar da Equação 6, a ensão angencal aumena com a vscosdade e o gradene de velocdade. Como a suspensão fbrosa é reofludfcane (Vaz e al, 006), so é, a vscosdade aparene dmnu com o gradene de velocdade, emos dos efeos conráros em ogo: maores gradenes de velocdade provocam um aumeno dreco na ensão angencal, mas por ouro lado ocorre uma redução da ensão pela nfluênca da redução da vscosdade da suspensão. Os resulados conugados são oposos para a béula comparavamene com o pnho e o eucalpo. Para a béula aumenos da velocdade de roação provocam reduções na ensão angencal. O oposo ocorre para o pnho e o eucalpo. Do que resula essa dferença de comporamenos? Vaz, Smões e Slvy (011) posularam como sendo resulane dos dferenes comporamenos ao nível da desfloculação e alnhameno das fbras no enreferro. Esse modelo permu-lhes explcar o comporameno reofludfcane da pasa assm como as resposas das ensões de core às varações de velocdade. Aumenos do gradene de velocdade provocam um efeo de desfloculação, por um lado (nduzndo uma redução da ensão por dsrbução das fbras sobre as barras), e um maor efeo de recolha de flocos no vérce do roor (provocando um aumeno da ensão máxma sobre os flocos). Tas efeos conráros produzem um aumeno da ensão angencal com os aumenos de velocdade do roor (casos do pnho e do eucalpo), ou o efeo conráro (caso da béula). Essas dferenças são arbuíves às dferenças de propredades e comporameno das fbras e dos flocos, nomeadamene comprmeno das fbras, faor de forma, flexbldade, aro enre fbras, dmensão dos flocos (Vaz, Smões e Slvy, 011). 4 SE: Specfc Edge oad, com undades J/m.
8 A. Vaz ; J.Slvy; C.Gl; and R.F.M. FourhSurname. Tensão Tangencal (KPa) - Pnho Tensão Tangencal (KPa) - Eucalpo Tensão Tangencal (KPa) - Béula 4 5 31 1 3 9 18 15 1 9-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 1 19 17-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 7 5 3 1-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 Fgura 5: Tensão angencal méda no enreferro no pnho, eucalpo e béula. 3.. Propredades das Fbras, Pasa e Papel As propredades selecconadas para ese argo a fm de expor alguns resulados mas sgnfcavos foram o grau de hdraação (WRV) e o comprmeno da fbra ao nível pasa e da fbra, e a massa volúmca e índce de ração ao nível das propredades do papel. Ouras propredades foram esudadas, quer ao nível da fbra (largura, flexbldade, ressênca, eor de macrofbrlas), das propredades da pasa (empo de drenagem, grau de refnação ºSR, eor de fnos), das propredades da lgação (área e energa da lgação) e das propredades do papel (rebenameno, rasgameno, propredades óca) (Vaz, 005). O WRV 6 mede a percenagem de humdade reda por um bolo de fbras após esarem sueas durane qunze mnuos a uma aceleração de 3000 g. Traa-se da razão enre a massa da água reda e a massa seca da fbra, normalmene expressa em percenagem. O WRV é assm um ndcador da capacdade da fbra e da pasa de reerem a água, raando-se de um bom índce para avalar a resposa da fbra à refnação. o enano, depende de parâmeros como o eor em sas, o ph e a emperaura (Hlunen, 1999). De acordo com Slvy, Sare & Jesn (1964), o WRV pode ser decomposo em duas componenes, de acordo com a fórmula: WRV (18) WRV Inrafbra WRV Exrafbra O WRV Inrafbra em em cona a componene da água reda no neror da fbra. Ese valor represena o grau de hdraação da fbra e esá relaconado com o grau de numescmeno das fbras e logo com a sua plascdade; explca assm uma pare do seu poencal de lgação. O WRV Exrafbra exprme a quandade de água reda no exeror da fbra por caplardade na esruura fbrosa e nos fnos. Represena cerca de 18-0% do WRV oal e esá correlaconado com as propredades de drenagem. O WRV Inrafbra pode ser deermnado ulzando a fração de fbras na ausênca de fnos (Slvy, Romaer & Chod, 1968). Esa fo a meodologa seguda na análse das pasas ensaadas nese rabalho. Assm, foram cenrfugadas amosras com cerca de 0, gramas de pasa reda no crvo de 140 mesh do classfcador Bauer-Mce. As equações obdas para o WRV Inrafbra em função de velocdade de roação, da carga e da energa específca de refnação E (kwh/) foram as segunes: 4 5 WRV P (,110 E 6,3010 E) (9,910 E,4810 E) (1,5410 WRV E (,56 10 (4,85 10 5 E) ( 9,3910 E 4 E 3,5310 4,09 10 3 E 4,610 1 E) (,05 10 E 87,0) E) ( 1,3 10 1 4 E E 80,9) (19),0110 (0) E) WRV B (,910 (1,1110 4 E E) (8,0110 1,4110 5 E 1,7610 E) ( 4,310 4 E E) 3,1010 1 80,1) Os valores de WRV para o nível de energa específca de refnação E esão represenados na Fg. 6, para as rês maéras-prmas. (1) 6 WRV: Waer Reenon Value.
a (mm) a (mm) a (mm) WRV (%) WRV (%) WRV (%) Omzação da refnação de pasas químcas: 9 Mnmzação energec e omzação conugada de propredades WRV - Pnho WRV - Eucalpo WRV - Béula 138 106 10 135 13 19 104 10 117 114 16 13 10-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 100 98-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 111 108-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 Fgura 6: Grau de Hdraação WRV (%) no nível de energa E do pnho, eucalpo e béula. As equações obdas para o comprmeno arméco médo das fbras (mm) fornecdas pelo aparelho Morf em função de velocdade de roação, da carga e da energa específca de refnação E (kwh/) foram as segunes: 7 4 6 4 (9,6810 E 3,9810 E) (1,0410 E 1,4410 E) P (8,6710 E 7 ( 3,5110 E ( 8,3710 7 8 E,10 E 4,4010 1,5310 4 E) ( 1,3010 5 E) (,810 E 0,667) 5 7 E E 1,5610 3 4,9810 5 E 1,150) () E) (3) 5 8 5 B ( 1,4510 E) ( 1,9410 E 1,1410 E) (4) 7 4 ( 5,7810 E 1,710 E 0,743) Os valores de comprmeno médo das fbras para o nível de energa específca de refnação E esão represenados na Fg. 7, para as rês maéras-prmas. Comprmeno das Fbras - Pnho Comprmeno da Fbra - Eucalpo Comprmeno da Fbra - Béula 1,18 1,15 1,1 1,09 (X 0,001) 644 64 640 (X 0,001) 719 718 717 716 1,06 1,03 1-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 638 636-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,6 1 715 714 713-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 Fgura 7: Comprmeno arméco da fbra (mm) no nível de energa E do pnho, eucalpo e béula. As equações obdas para a evolução da massa volúmca (kg/m 3 ) em função das condções de refnação e da energa específca de refnação aplcada (kwh/) são as segunes: 4 1 4 MV P (4,6 10 E 1,78 10 E) ( 3,00 10 E 1,17 10 E) (4,67 10 MV E (5,34 10 ( 4,9310 (9,5110 E) ( 1,79 10 4 5 E MV B ( 3,64 10 3 E 4 9,4310 9,08 10 E 1,5110 3 E E) (0,949 E 658) 1,0 E 651) E) (,58 10 E) (1,35 10 1 3 E) ( 4,1510 4 4 E E E (5) 5,3310 5,78 10 (6) 3,8110 (7) 1 3 E) E 63) E)
TI (m/g) TI (m/g) TI (m/g) 10 A. Vaz ; J.Slvy; C.Gl; and R.F.M. FourhSurname. Os valores da massa volúmca para o nível de energa específca de refnação E esão represenados na Fg. 8, para as rês maéras-prmas. Massa Volúmca (Kg/m3) - Pnho Massa Volúmca (Kg/m3) - Eucalpo Massa Volúmca - Béula 810 800 790 780 770 760 750 740 730 70 710-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 810 800 790 780 770 760-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0,0, 0,6 1 Fgura 8: Massa Volúmca (kg/m 3 ) no nível de energa E do pnho, eucalpo e béula. As fórmulas obdas para o índce de ração de cada uma das maéras-prmas em função das condções de refnação e da energa específca de refnação aplcada (kwh/) são as segunes: 4 1 4 IT P (5,04 10 E 1,0 10 E) (4,1 10 E 7,14 10 E) (,0 10 ( 9,5810 4 IT E (1,0910 5 E 5 E E 3,58 10,410 1,7810 E) ( 1,69 10 E) ( 1,110 E) ( 1,8110 3 E E) 4 E 6,110 ( 8),810 (9) 1 1 E 35,4) E 7,8) IT B (,5610 (3,7910 5 E 4 E 6,3410 5,9910 3 E) (7,5910 E) ( 4,7410 5 4 E E,0410 3,310 (30) 1 E) E,1) Os valores de índce de ração para o nível de energa específca de refnação E esão represenados no Fg. 9, para as rês maéras-prmas. Índce de Trac ção - Pnho Índce de Trac ção - Eucalpo Índce de Tracção - Béula 100 64 97 94 91 6 60 58 65 63 61 59 88 85-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 56 54-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 57 55 53-1 -0,6-0, 0, 0,6 1-1 -0,6-0, 0, 0,61 Fgura 9 Índce de Tração (.m/g) no nível de energa E do pnho, eucalpo e béula. Fazendo uma análse global, pode-se consaar que exse uma conssênca as varações das ensões angencas (e em consequênca do SE ou Carga Específca de Aresa, que lhe é proporconal) e o respevos efeos nas propredades analsadas. Ese efeo é mas evdene ao nível das varações de velocdade de roação, mas ambém é sgnfcavo quando se observam para as varações de carga. Assm, aumenos das ensões angencas em consequênca das varações em resulam em reduções do WRV (menor fbrlação nerna; observar o Gráfco 3), maor comprmeno da fbra (Gráfco 4), menor massa volúmca (Gráfco 5) e menor índce de ração (Gráfco 6). Deve-se er em aenção, como se observou anerormene, que aumenos de ensão angencal resulam de aumenos da velocdade de roação para o pnho e o eucalpo e reduções de ensão angencal ocorrem com reduções em. Inerpreações análogas em ermos das varações da carga podem ser feas, se bem que menos noóras. A explcação que se posula para ese fenómeno é o faco de o efeo de varações na carga provocarem varações dráscas no enreferro e no respecvo gradene de velocdade. Tal resula num dferene comporameno ao nível dos fenómenos de desfloculação e alnhameno das fbras no enreferro, resulando em dferenes efeos globas sobre a
Índce de Rasgameno (m.m /g) Omzação da refnação de pasas químcas: 11 Mnmzação energec e omzação conugada de propredades vscosdade aparene e sobre as ensões desenvolvdas. Confrma-se anda neses esudos o efeo preudcal do SE elevado (ou sea, de ensões angencas elevadas) no desenvolvmeno das propredades papeleras (Vaz, 005). 3.3. Poencal e omzação papelera Uma caracerísca da produção do papel é a necessdade de se conugarem propredades que evoluem em sendo conráro ao longo da refnação. Tal é o caso dos pares índce de ração e índce de rasgameno, do índce de ração e da opacdade ou da rgdez e do índce de ração. Faz-se aqu a análse dos gráfcos do índce de rasgameno em função da ração para as rês maéras-prmas, assene na meodologa de evln (1975) para a caracerzação de pasas papeleras. A Fg. 10 apresena a relação enre o índce de rasgameno IR e o índce de ração IT para o pnho nas dferenes condções de refnação O, A, B, C e D. A condção C consu a por relação enre IR e IT, á que possu os valores mas baxos de IR para um dado IT. A condção D apresena a melhor relação na maor pare da do seu perfl, excepo na zona da condção B próxma do seu máxmo. A condção B ange o valor máxmo de IT mas depos em uma queda, devdo ao possível efeo de core. Observa-se ambém uma redução da evolução de IT para O, A e D. Fazendo a lgação com a eora da carga específca de aresa, parece claro que o SE muo elevado é preudcal para o desenvolvmeno da ressênca, consderando as ressêncas à ração e ao rasgameno; é o caso da condção operaconal C, com um valor para o SE de 0,401Jm -1, sendo os das ouras condções nferores a 0,30Jm -1. 16 PIHO 14 1 10 8 30 40 50 60 70 80 90 100 Índce de Tracção (.m/g) O A B C D Fgura 10 Relação enre o índce de rasgameno (m.m /g) e o índce de ração (.m/g) do pnho nas dferenes condções de refnação. A Fg. 11 apresena a relação enre o índce de rasgameno IR e o índce de ração IT para o eucalpo nas dferenes condções de refnação O, A, B, C e D. A condção A apresena a melhor relação enre IT e IR. A condção O e a condção A evoluem próxmas uma da oura. A condção C e D evoluem ambém em conuno, mas represenando uma por evolução que as curvas anerores. os níves mas elevados de refnação exse uma aproxmação das cnco curvas; anes dessa aproxmação, em-se para cada nível de IT que IR cresce na sequênca C, D, O, B e A. A condção B é aquela que ange um maor valor de ração e de rasgameno. Mas uma vez consaa-se que os valores elevados para o SE são preudcas para a evolução conuna das propredades de ressênca, ou sea a ração e o rasgameno. Assm, observa-se que as condções C e D, com valores para o SE de respecvamene 0,430Jm -1 e 0,48Jm -1, apresenam os pores desempenhos comparavamene às resanes condções, com valores nferores a 0,380Jm -1.
Índce de Rasgameno (m.m /g) Índce de Rasgameno (m.m /g) 1 A. Vaz ; J.Slvy; C.Gl; and R.F.M. FourhSurname. 8 EUCAIPTO 7 6 5 4 5 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Índce de Tracção (.m/g) O A B C D Fgura 11 - Relação enre o índce de rasgameno (m.m /g) e o índce de ração (.m/g) do eucalpo nas dferenes condções de refnação. A Fg. 1 apresena a relação enre o índce de rasgameno IR e o índce de ração IT para a béula nas dferenes condções de refnação O, A, B, C e D. A condção D apresena a melhor relação enre IT e IR. As resanes condções evoluem relavamene próxmas umas das ouras; no enano a condção A é aquela que consegue angr o máxmo valor do índce de ração. Conraramene observado para o pnho e para o eucalpo, consaa-se agora que os valores elevados de SE são favoráves ao desempenho conuno da ração e do rasgameno; verfca-se assm que a condção D, com um SE de 0,553Jm -1, revela um melhor desempenho para índces de ração nferores a 55m/g, comparavamene às resanes condções, que apresenam valores suados enre 0,395Jm -1 e 0,515Jm -1. BÉTUA 8 7 6 0 5 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Índce de Tracção (.m/g) O A B C D Fgura 1 Relação enre o índce de rasgameno (m.m /g) e o índce de ração (.m/g) da béula nas dferenes condções de refnação. Uma aplcação poencal para as fórmulas desenvolvdas por ese modelo de planeameno expermenal é na omzação das condções de operação do refnador em ermos de consumo energéco. A íulo de exemplo, aplca-se esa flosofa para o caso de papel de escra para caderno. As propredades dese papel esão expressas na Tabela. A maéra-prma escolhda fo o eucalpo. Os valores do processo de omzação enconram-se na Tabela 3. Tabela. Valores padrão e obecvo para o papel de escra para caderno. Propredade Valor Padrão Valor Obecvo Índce de Tração Dreção Máquna 40,0 m/g Dreção Transversal 19,8 m/g 35,1 m/g (+5%) Méda Geomérca 8,1 m/g
Omzação da refnação de pasas químcas: 13 Mnmzação energec e omzação conugada de propredades Índce de Rasgameno Opacdade Brancura 11,0 m /kg 7,1 m /kg (lme possível) 84,9 % 80,7 % Tabela 3. Valores do processo de omzação para o papel de escra para caderno. Me a Propredade O A B C D TI (m/g) 35,1 IR (m /kg) 5,4 5,9 5,3 5,1 5, TI Opacdade (%) 78,7 77,0 77,4 78,0 78,0 Brancura (%) 88.4 88,7 88.3 88,8 88,6 EER (kwh/) 3,9 37, 6,9 34,4 35,0 ETR (kwh/) 149,6 170,6 155,3 19,3 157,5 TI (m/g) 54, 41,0 78,8 57,0 58,1 IR (m /kg) 7,1 IR Opacdade (%) 76,6 77,6 71,0 77,0 76,0 Brancura (%) 86,4 88,5 85,7 86,4 86,6 EER (kwh/) 19, 69,8 43,4 164,5 153,4 ETR (kwh/) 587,8 30,1 1406,7 618,5 690,9 A condção escolhda fo a A, com uma energa específca de refnação de 69,8kWh/, sendo a energa oal consumda 30,1kWh/; em-se um IR de 7,1m /kg e um TI de 41,0 m/g. A sua opacdade é de 77,6% e a brancura 88,5%. Para se angrem as exgêncas ao nível do rasgameno sera necessáro ncorporar fbra longa. Desa forma sera possível refnar menos e assm apresenar uma opacdade a níves mas próxmos do obecvo. 4. COCUSÕES As equações de ause obdas para as dferenes propredades esudadas permem que se comparem as dferenes pasas e que se esude os efeos das condções operaóras sobre as mesmas. Desa forma, fo possível comprovar que o pnho slvesre exbe melhores propredades mecâncas, apresenando o eucalpo as melhores propredades ócas. o enano, a béula supera o eucalpo em ermos de desempenho mecânco. Relavamene à análse das condções operaóras, pode-se verfcar que a velocdade de roação em um efeo preponderane sobre as propredades da suspensão e do papel. Pode-se anda aferr que a béula revela um comporameno nverso do pnho e do eucalpo face à velocdade de roação e da carga específca de aresa. Tal pode ser explcado pelo efeo conugado do gradene de roação no enreferro e da vscosdade aparene sobre a ensão angencal exercda, resulane da resposa dos flocos às varações do gradene de velocdade (explcável pelas dferenes propredades das fbras e dos flocos). AGRADECIMETOS Ao Eng.º Espíro Sano, do Deparameno de Elecromecânca da UBI, pelo fornecmeno do MDGE; ao Professor Douor Pedro Araúo, do Deparameno de Informáca da UBI, pela mplemenação do sofware de raameno de dados do VDT; ao Professor Douor J. Bloch e ao Professor Douor J. Roux do EFPG (Grenoble), pelo apoo concepual e eórco; a Yves Chave do CTP (Grenoble), pelo seu apoo na mplemenação do VDT; ao Grupo Porucel- Soporcel pelo fornecmeno de maéra-prma; à Engª Crsna Gl, do DCTP da UBI, pelo apoo laboraoral.
14 A. Vaz ; J.Slvy; C.Gl; and R.F.M. FourhSurname. BIBIOGRAFIA 1. Ebelng, K. - A Crcal Revew of Curren Theores for he Refnng of Chemcal Pulps. Inernaonal Symposum on Fundamenal Conceps of Refnng, Appleon: 1980, p. 1-36.. umanen, J. Refnng of Chemcal Pulps. I PAUAPURO, H. (EDITOR) Papermakng Par 1, Sock Preparaon and We End (Chaper 4). Papermakng Scence and Technology (Book 8), Fape Oy, Helsnk, 000. ISB 95-516-00-4. 3. Radoslavova, D.; Slvy J.; Roux, J. C. - Hydrodynamc Modellng Of The Behavour Of The Pulp Suspensons Durng Beang And Is Applcaon To Opmsng The Refnng Process. Transacons of he 11h Fundamenal research symposum n Cambrdge: Sepember 1997. The Fundamenals of Papermakng Maerals. PIRA Inernaonal. 4. Roux, J. C.; CHU, J. P. ; Jors, G. ; Gaucal, G. - Théore Hydro-Mécanque Du Fonconmen D un Raffneur A Basse Concenraon. Revue A.T.I.P., Vol. 53,. 4-5 Sepembre-Ocobre 1999, p. 106-116. 5. Vaz, A. A Refnabldade de Pasas Químcas Papeleras: um conrbuo para a sua avalação ulzando o refnador Valley. Tese de Douorameno, Unversdade da Bera Ineror, 005. 6. Espíro Sano, A., Insrumenação Dgal para Medda de Grandezas Elécrcas. Tese de Mesrado, Unversdade de Combra, 001. 7. Seadman, R.K. and uner, P., ESPRA repor #79, Chaper V, Syracuse, Y, 1995. 8. A. Vaz, R. Smoes, J. Slvy, Hydromechancal Response of Dfferen Pulp Fbre Suspensons, Appa Journal: Journal of he Techncal Assocaon of he Ausralan and ew Zealand Pulp and Paper Indusry, Vol. 64, o., 011: 175-184. 9. Vaz, A., Smões, R., Slvy, J., The Effec of Shear Rae on Apparen Vscosy for dfferen Pulp Suspensons, 5h Inernaonal Conference of Mechancs and Maerals n Desgn, Poro, July 006. 10. Hlunen, E. Papermakng Properes of Pulp. In EVI, J,; SÖDERHJEM,. (EDITORS). Pulp and Paper Tesng. Papermakng Scence and Technology (Book 17), Fape Oy, Helsnk, 1999. 11. Slvy, J. ; Sarre, G. ; Jesn, R. Evaluaon des fracons d eau de reenon exra-fbres e nra-fbres dans la mesure du WRV. A del Congresso Europeo d Tecnca Carara, Raffnazone della Cellulosa e Propreá della Cara, EUCEPA TAPPI, Veneca. 15-19 Seembre 1964, p. 16-185. 1. Slvy, J. ; Romaer, G. ; Chod, R. Méhodes Praques de Conrôle du Raffnage. Revue A.T.I.P., Vol.,.1.1968, p.31-53. 13. evln, J. Characerzaon of Papermakng Pulps. TAPPI, Vol. 58,. 1, January 1975, p. 71-74.