Technical Article

Tratamento mecanico defibra curta de eucalipto com

utilizaao de discos de refino

Mechanical treatment ofeucalyptus fiber using refiner plates with higher bar edge crossing length

Autores Dorival Martins de AlmeidaGuillermo I SevriniLarissa Martin LeodoroI

Manoel Silvestre Faez2 Manuel Reguera SotoSuzana Yuri KanecoI

Palavras chave refino disco de

refino comprimento especffico de

corte fibra curta de eucalipto esta

bilidade dimensional

Ao longo da historia da fabric a

9ao de papel no Brasil nossas em

presas diferentemente da praticamundial especializaram se em tra

balhar com furnish composto de

100 de fibra curta de eucalipto Na

ausencia da fibra longa para propor

cionar propriedades inerentes de re

sistencia fisica 0 produtor brasilei

ro esta sempre em busca de alterna

tivas para trabalhar a fibra de euca

lipto de maneira a atingir 0 equilibrio otimo entre desenvolver resis

tencia fisica e minimizar a perda de

propriedades estruturais principalmente bulk

E na opera9ao de refino que as

mudan9as estruturais e fisicas da fi

bra de eucalipto acontecem Resis

tencia fisica opacidade porosida

o

AbstractPaper mamifacturing companies in Brazil have throughout their his

tory acquired the expertise to work with fitrnish 100 hardwood ofeu

calyptus pulp an unique feature compared to worldwide common practice In absence ofsoftwood to enhancephysical properties inherent to longfibers Brazilian mamifacturers are always in search of alternatives to

handle eucalyptus fiber insuch a way to achieve the best balance between

physical strength development and minimum loss ofstructuralpropertiessuch as bulk

Physical andstructural changes in eucalyptus fibers happen during re

fining operation Physical strength opacity porosity bulk water retention

and drainability are operating parameters essential for mamifacturing ofprinting and writingpapers They are directly responsible forpaper machi

ne runnability paper quality and its performance at the end user

For reprographic use dimensional stability is extremely importantforits contribution to visual aspect of the virgin and the printed material

Dimensional stability is strongly affected by the quality of the refinedfiber and is inversely proportional to the amount of refining

Recent advances in the technology ofnew materials andproduction ofrefiner plates made it possible to buildplates with higher bar edge cros

sing length Hence low intensity refining turned into reality and created

opportunities to achieve a new referential for the quality of refined eu

calyptus pulp

Keywords refining refiner plate bar edge crossing length eucalyptuspulp dimensional stability

Referencias dos autores

1 Votorantim Celulose e Papel S A Luiz Antonio SP Brasil2 Votorantim Celulose e Papel S A Jacarei SP Brasil

de bulk indice de reten9ao de agua e drenabilidade

sao variaveis de trabalho consideradas essenciais na fa

brica9ao de papel para impressao e escrita que afeta

rao diretamente tanto 0 andamento da maquina de pa

pel quanta 0 produto e 0 desempenho no usuario final

Para a opera9ao de reprografia estabilidade dimen

sional e uma propriedade extremamente importante por

que se traduz no aspecto visual do produto tanto no pa

pel virgem como apos a copia A estabilidade dimensio

nal forte mente afetada pela qualidade da fibra refinada

e inversamente proporcional a quantidade de refino

Muito recentemente 0 avan90 na tecnologia de ma

teriais e de produ9ao de discos de refino possibilitou a

dis rlbul lon

Figura 1 Analise marfalogica Kajaani das palpas sem

refina a Alta Parana e b VCP LA

constru9ao de discos com maior comprimento especffico de corte Esse desenvolvimento teve como conseqiiencia direta a possibilidade de trabalhar com baixa in

tensidade de refino e buscar urn novo referencial na

qualidade da fibra de eucalipto refinada

A Votorantim Celulose e Papel Unidade Luiz An

tOnio localizada a 300 quil6metros da cidade de Sao

Paulo dedica se a fabrica9ao de papel para impressaoescrita e reprografia a partir de celulose de eucaliptoobtida na propria planta Nossos produtos sao exportados principalmente para os mercados norte americano

e europeu sendo a fibra curta de eucalipto 0 diferencial

para se obterem produtos com forma9ao superior boa

opacidade bulk e nao menos importante custo con

veniente Essa condi9ao de utilizarmos 100 de fibra

de eucalipto nos motiva a fazer estudos continuos para

desenvolver processos que melhor se adaptem a nossa

necessidade de alcan9ar valores otimos de resistencia

fisica da folha umida alta drenabilidade da polpa e urn

produto final com baixa resistencia a passagem de ar e

boa estabilidade dimensional Este trabalho relata urn

recente desenvolvimento realizado com discos de refi

nadores com maior comprimento especffico de corte

11 Principio basico de refino

o processo de refino e a opera9ao chave na fabric a

9ao de papel no que se refere ao tratamento das fibras

oFigura 2 Influencia da CEL sabre a energia liquidade refina

Figura 3 Discos de refinadores para fibra curta de eu

calipto a convencional b maior comprimento especifico de corte

Figura 4 Baixa intensidade de refino para polpa deeucalipto Demuner etal 2005

Com 0 refino consegue se conferir

a fibra a resistencia necessaria para

que a folha suporte as tensoes a que

e submetida durante sua passagem

na maquina de papel Na praticaporem 0 refino e possivel ate certo

limite para que nao interfira nega

tivamente na drenabilidade da fo

lha no corpo do papel e em sua es

tabilidade dimensional A qualidade da fibra refinada depende das

condi9oes a que e submetida duran

te 0 tratamento nos refinadores

A extensao do refino pode ser medi

da por parametros a saber

a energia de refino kWh t

b intensidade de refino Ws m

Para medir a intensidade de re

fino a teoria empirica da Carga

Especifica de Lamina CEL tern

boa aceita9ao e expressa de ma

neira simplificada a intensidade

dos impactos sobre as fibras no

refinador ABTCP E definida

pela razao entre a potencia liquida aplicada e 0 comprimento de

o

cruzamentos de laminas na Ulll

dade de tempo

CEL Pnet CEC em Ws m onde

Pnet potencia liquida kW

CEC comprimento especifico de

corte km s

Para aplica9ao em fibra curta reco

menda se trabalhar com intensida

de de refino menor que 1 0 Ws m

12 Discos de refinadores com mai

or comprimento especifico de corte

A fibra curta de eucalipto tern di

mensoes bastante distintas da fibra

longa Figura 1 e seu uso extensivo

em diversos segmentos de fabrica9aode papel acabou por demandar 0 de

senvolvimento de discos de refinado

res especificos para seu tratamento

Uma nova tecnologia patenteada que consiste no corte a laser

montagem e liga9ao das partes por

difusao possibilitou a constru9ao de

discos de refinadores com desenho

unico padroes de laminas finas e

alta capacidade volumetrica

A Figura 3 ilustra a diferen9a de

desenho entre urn disco de refina

dor convencional utilizado no refi

no de fibra curta de eucalipto e

Ra A

rlIlli llr aiI T 1lil

Fig 5 Esquema da instala ao dos refinadores

Figura 6 Potencia liquida e CEL para discos com diferente CEC

aquele construido conforme 0 novo

conceito ao qual nos referiremos a

partir de agora como Teste

o resultado e a possibilidadeunica de se trabalhar com intensi

dade de refino extremamente baixa

que somada ao material emprega

do na confec9ao dos discos cria

oportunidades para

aumento do tempo de vida dos

discos pela combina9ao de intensi

dade reduzida desenho das ranhuras

e material de confec9ao dos discos

redu9ao no consumo de ener

gia pelo efeito do comprimentomaior das laminas

melhoria da qualidade da polparefinada pela menor intensidade de

refino aplicada reduzindo 0 efeito

negativo sobre a estrutura da fibra

melhoria da qualidade do pro

duto pelo aumento de resistencia

fisica e bulk para urn mesmo grau

de refino

bnbibltlf

l iliiI 5

A principal diferen9a entre os

discos convencionalmente utiliza

dos para refino de polpa de euca

lipto e a nova gera9ao de discos esta

no comprimento efetivo de corte

convencional 96 72 km rev

nova tecnologia 152 km rev

Com este novo disco temos a

oportunidade para em uma mesma

energia Hquida trabalhar com in

tensidade de refino 36 menor

Os resultados apresentados neste

trabalho foram obtidos durante 0 pe

dodo de vida utiI dos discos de refi

no com maior comprimento efetivo

de corte quando seu desempenho foi

comparado ao dos convencionais

Em nossa fabrica a maquina de pa

pel tern instalados refinadores Voith com

discos de 42 de diametro e configurados para trabalhar tanto em serie como

em paralelo Para este estudo dois refi

nadores trabalharam em paralelo com

discos convencionais enquanto outros

dois com maior comprimento especifico decorte foraminstalados emdois ou

tros refinadores tambem em paralelo

o

Figura 7 Redu ao na potencia total e no consumo especifico por grau Schopper Riegler

o

Largura da Fibra Ilm 17 2 17 3 17 3

Espessura da Parede Ilm 275 2 62 271

Fracao Parede 32 0 30 3 314

Diametro do Lumen Ilm 117 12 1 11 8

fndiee de Flexibilidade 68 0 70 0 68 6

fndiee de Enfeltramento 47 3 45 9 47 6

fndiee de Runkel 047 043 044

Coarseness mg l00m 64 5 8 6 0

Numero de Fibras grama nO x 10 23 3 27 3 25 1

Comp Medio Ponderado mm 0 81 079 0 82

Finos n 0 2mm Le 9 9 11 6 10 8

Tabela 1 Resultados da analise morfologica das fibras

Bulk Lab em3 g 1 32 1 35

Bulk Papel em3 g 1 31 1 32

Porosidade s 100 mL ar 17 6 16 8

Resisteneia ao Rasgo Transversal mN 489 535

Resisteneia a Trac ao Longitudinal kN m 543 547

Alongamento Transversal 57 5 0

Rigidez Transversal gf em 0 90 0 90

Tabela 2 Propriedades da folha formada em laboratorio e do papel

2 1 Consumo especifico de energiaEm uma primeira situa9ao experi

mental a energia aplicada foi mantida

constante para cada condi9ao de disco

utilizado 0 resultado foi a queda de

CEL de 0 96 para 0 61 Ws m porem 0

grau Schopper Riegler dapolparefinada aumentou de 36 oSR para 45 oSR

Para equalizar a qualidade da polpa refinada em uma segunda etapa

ajustamos a energia aplicada em 88 7

kWht no refinador com discos con

vencionais e em 70 2 kWht no refi

nador com 0 novo disco para se atin

gir urnmesmo grau de refino de 370SR

o novo disco possibilitou a redu

9ao de 19 na potencia total aplicada 0 que se traduz diretamenteem eco

nomia de energia Figura 7 Houve

tambem redu9ao de 43 no consumo

especifico por grau Schopper Rieglerde 4 9 para 3 4 kWhtoSR

A facilidade de ganho de refino

com 0 disco em teste permitiu operar

o refinador com vazoes mais elevadas

para a mesma configura9ao de refina

dor Apos otimiza9ao do processo 0

usodesse disco possibilitou operar com

urn refinador a menos diminuindo

portanto 0 consumo de energia e os

custos com manuten9ao

2 2 Vida 6tH dos discos

A vida util do disco foi calculada

de maneira comparativa tomando

se comobase a quantidade de massa

o

Anexo 1 Microscopia eletronica das polpas

refinada durante 0 periodo de funci

onamento do disco convencional

Figuras mostram as fotos de urn

disco convencional e de urn Teste

novos e apos 0 termino da vida

utiIPodemos observar que devi

do ao desenho geometrico do dis

co Teste a largura da lamina nao

se altera com 0 desgaste mas 0

o

mesmo nao ocorre no disco con

vencional Tal ganho tern como ex

plica9ao 0 desenho e 0 material do

disco bem como a CEL aplicadadurante 0 teste A obten9ao dessa

CEL menor so foi possivel pelomaior comprimento efetivo de cor

te dos discos em teste 96 72 km

rev vs 152 km rev e pela menor

potencia aplicada para se atingiro mesmo grau de refino

2 3 Qualidade da polpa refinada

A polpa refinada com 0 disco em

teste apresenta tendencia de influ

enciar menos 0 Indice de Reten9aode Agua IRA chegando a uma di

feren9a de 20 pontos se comparar

mos as pol pas com mesmo grau

Schopper Riegler

2 3 1 Propriedades morfologicasAs diferen9as encontradas nas pro

priedades morfologicas das fibras re

finadas com os dois discos nao podemserconsideradas significativas confor

me resultados na Tabela 1

2 3 2 MicroscopiaA microscopia Anexo 1 mostra

que existe diferen9a entre as polpasrefinadas com 0 disco convencional e

o Teste Pelo aspecto visual 0 refino

com 0 disco convencional forma uma

malha de fibra mais fechada e resulta

em maior degrada9ao da fibra No caso

da polpa refinada com 0 novo disco

observamos fibras mais preservadas

24 Qualidade do produto final

Foram realizados testes fisicos

nas folhas formadas em laboratorio

e tambem em amostras de papel pro

duzidos durante 0 teste com polpa re

finada com os discos convencionais

e posteriormente com os discos em

teste Tabela 2

Para os discos Teste houve ganhoem bulk de 1 32 para 1 35 cm3 g na

folha de laboratorio algo nao repro

duzido totalmente na maquina de pa

pel possivelmente devido a a9ao me

canica sofrida pela fibra durante a

passagem pela prensa de nip esten

dido Houve ainda ganho significativo em resistencia ao rasgo em tor

no de 10 para papel cortado e que

da no alongamento 0 que favorece a

estabilidade dimensional e 0 desem

penho em maquina do produto Nao

houve altera9ao relevante em resis

tencia a passagem do ar resistencia

a tra9ao e rigidez

24 1 Ondulalao

Para monitoramento da estabilida

de dimensional do papel antes da im

pressao realizamos na fabrica 0 que

chamamos teste de ondula9ao tem

peratura de 240C e umidade de 65

nas resmas produzidas com polpa re

finada com os dois discos Sao exibi

das as fotos em 0 e 30 min assim

como 0 indice de ondula9ao calcula

do para cada condi9ao 0 indice de

ondula9ao vem comprovar quantitativamente que 0 novo disco produzurn papel mais estavel

A utiliza9ao de discos com maior

comprimento efetivo de corte permitiu descobrir novos parametros ope

racionais na opera9ao de refino de fi

bra curta de eucalipto 0 que se tra

duz em vantagens significativas para

o nossoprocesso de fabrica9ao depa

pel e 0 produto final

Com a redu9ao no consumo de

energia conseguimos reduzir 0 nume

ro de refinadores em opera9ao e tra

balhar com CEL de 0 41 Ws m 0 re

sultado foi uma polpa muito bem re

finada com maior resistencia ao ras

go e fibra mais preservada com con

sequencia positiva nos resultados de

bulk e ondula9ao

AFT Finebar Refiner Plates Abre

akthrough in refiner plate technology

DEMLER C L RATNIEKS E

Refining of eucalyptus paper for the

papermaker In PIRA CURRENT

ANDFUTURE TECHNOLOGIES OF

REFINING Birmingham 1991

RATNIEKS E Refina9ao da pas

ta celulosica In ABTCP RioceH S A

DEMUNER B RATNIEKS E

ROBINSON D Ultra low intensity

refining ofeucalyptus pulp In PIRA

INTERNATIONAL REFINING CON

FERENCE 8 Barcelona 2005

ill

I