Condicionamento De Feltros Edson Oliveira
131
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA Departamento de Engenharia Florestal Laboratório de Celulose e Papel Monografia CONDICIONAMENTO DE FELTROS NAS MÁQUINAS DE PAPEL Edson Luiz de Oliveira Trabalho apresentado à Universidade Federal de Viçosa, como parte dos requisitos para obtenção do certificado de conclusão do Curso de Especialização Lato Sensu em Tecnologia de Celulose e Papel Orientador: Prof. Dr. Rubens C. de Oliveira Viçosa- MG Novembro de 2002
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Conceitos do condicionamento dos feltros
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
Departamento de Engenharia Florestal
Laboratório de Celulose e Papel
Monografia
CONDICIONAMENTO DE FELTROS NAS MÁQUINAS DE PAPEL
Edson Luiz de Oliveira
Trabalho apresentado à Universidade Federal de Viçosa, como parte dos requisitos para obtenção do certificado de conclusão do Curso de Especialização Lato Sensu em Tecnologia de Celulose e Papel
Orientador: Prof. Dr. Rubens C. de Oliveira
Viçosa- MG
Novembro de 2002
Oliveira, Edson Luiz de, 1965.
Monografia: Condicionamento dos Feltros da
Máquina de Papel/ Edson Luiz de Oliveira –
Viçosa – MG: Universidade Federal de Viçosa, 2002.
119 p.
1. Condicionamento de Feltros. 2. Prensas da Máquina de papel
3. Feltros Para as Prensas. I. Título
EDSON LUIZ DE OLIVEIRA
CONDICIONAMENTO DE FELTROS NAS MÁQUINAS DE PAPEL
Monografia apresentada à Universidade Federal
de Viçosa, como parte das exigências do Curso
de Especialização Lato Sensu em Tecnologia de
Celulose e Papel.
APROVADA: 26 de novembro de 2.002.
Comissão Julgadora:
_____________________________________________ ____________________________________________
Prof. Dr. Jorge Luiz Colodette- UFV. Prof. Dr. José Lívio Gomide- UFV.
____________________________________________________
Prof. Dr. Rubens Chaves de Oliveira- UFV.
(Orientador)
AGRADECIMENTOS
Este trabalho é fruto da colaboração de muitas pessoas que dedicaram seu tempo e
sua atenção. Assim quero registrar meu mais sincero agradecimento a todos pela
contribuição na conclusão desta monografia.
- Júlio Freitas, Mário Alves, Osmar, Luiz Rodrigues, Harlei, Célio, Antônio Raieski,
Cátia, Alberto e José Francisco (Albany International);
- Antonio Boncompagni e Carlos Henrique (Huyck-Nortelas);
- Francisco Hahn (Voith Fabrics);
- Celso, Ademir, Tatiana, Luiz Pace e Rita (Buckman Laboratories);
- Marcelo Buccieri, Noemi e Armando (Hércules);
- Paulo Kishimoto e André (Contech);
- Rodrigo Visoto e Marcelo (CBTI);
- Manuel Reguera e Dorival, pelas orientações e revisão deste trabalho.
À minha esposa Rosângela e aos meus filhos André, Jéssica e Felipe, pela
paciência e compreensão.
Edson.
II
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
RESUMO
ABSTRACT
1. Revisão Bibliográfica .....................................................................................................4
1.1. PRENSAS DA MÁQUINA DE PAPEL........................................................................................................... 4
1.1.1. Remoção de Água no Nip da Prensa ............................................................................................ 4
1.1.1.1. Fluxo longitudinal.......................................................................................................................................5
1.1.1.2. Fluxo Vertical .............................................................................................................................................5
1.1.1.3. Etapas da Prensagem ..................................................................................................................................6
1.1.2. Evolução da Prensagem............................................................................................................... 7
1.1.2.1. Prensa Plana................................................................................................................................................8
1.1.2.2. Prensas Ranhuradas ....................................................................................................................................8
1.1.2.3. Prensa de Sucção ........................................................................................................................................9
1.1.2.4. Prensas com Furos Cegos .........................................................................................................................10
1.1.2.5. Prensa de nip estendido ............................................................................................................................11
1.2. FELTROS PARA AS PRENSAS .................................................................................................................. 13
1.2.1. Matéria prima utilizada na fabricação dos feltros.................................................................... 13
1.2.2. Processo de Fabricação do Feltro ............................................................................................. 15
1.2.2.1. Fabricação do Pano base...........................................................................................................................16
1.2.2.2. Preparação da Manta.................................................................................................................................18
1.2.2.3. Agulhamento ............................................................................................................................................19
1.2.3. Propriedades Técnicas ............................................................................................................... 20
1.2.3.1. Gramatura e espessura ..............................................................................................................................20
1.2.3.2. Relação Manta/Base .................................................................................................................................21
1.2.3.3. Permeabilidade ao ar e resistência ao fluxo ..............................................................................................21
1.2.3.4. Compressibilidade e Volume Vazio .........................................................................................................22
1.2.3.5. Uniformidade da superfície ......................................................................................................................24
1.3. PRINCIPAIS PROBLEMAS DOS FELTROS DURANTE SUA VIDA ÚTIL .......................................................... 26
1.3.1. Depósitos .................................................................................................................................... 26
1.3.2. Compactação.............................................................................................................................. 30
1.3.3. Desgaste ..................................................................................................................................... 30
1.4. CONDICIONAMENTO DOS FELTROS ....................................................................................................... 32
1.4.1. Limpeza Mecânica...................................................................................................................... 34
1.4.1.1. Chuveiros de baixa pressão.......................................................................................................................34
1.4.1.2. Chuveiros de alta pressão .........................................................................................................................38
III
1.4.1.3. Sistema de vácuo e caixas de sucção ........................................................................................................46
1.4.2. Limpeza Química........................................................................................................................ 51
1.4.2.1. Condicionamento químico contínuo .........................................................................................................52
1.4.2.2. Limpeza química intermitente ..................................................................................................................52
1.4.2.3. Limpeza batch...........................................................................................................................................52
1.4.2.4. Limpeza batch on the fly ..........................................................................................................................53
1.5. MONITORAMENTO DAS PRENSAS .......................................................................................................... 54
1.5.1. Medição do perfil úmido do feltro. ............................................................................................. 54
1.5.2. Análises de feltros utilizados ...................................................................................................... 55
1.5.2.1. Inspeção Visual.........................................................................................................................................55
1.5.2.2. Determinação do material de entupimento residual no feltro ...................................................................55
1.5.2.3. Determinação da resistência a tração........................................................................................................56
1.5.2.4. Determinação dos perfis de gramatura, espessura e permeabilidade do feltro..........................................56
1.5.3. Vibração das Prensas................................................................................................................. 59
2. Materiais e Métodos.....................................................................................................60
2.1. ANÁLISE DO CONDICIONAMENTO MECÂNICO....................................................................................... 60
2.1.1. Qualidade da água ..................................................................................................................... 61
2.1.2. Chuveiros ................................................................................................................................... 61
2.1.2.1. Chuveiros de alta pressão .........................................................................................................................62
2.1.2.2. Chuveiros de baixa pressão.......................................................................................................................63
2.1.2.3. Chuveiro de químicos ...............................................................................................................................63
2.1.3. Raspadores dos rolos guia feltro................................................................................................ 64
2.1.4. Sistema de vácuo ........................................................................................................................ 64
2.2. ANÁLISE DO FELTRO EM MÁQUINA ....................................................................................................... 64
2.2.1. Análise dos perfis de umidade do feltro ..................................................................................... 65
2.2.2. Relação água/feltro .................................................................................................................... 68
2.2.3. Volume Ativo .............................................................................................................................. 68
2.2.4. Permeabilidade dinâmica........................................................................................................... 70
2.2.5. Fluxo específico do ar ................................................................................................................ 71
2.2.6. Vazão total do ar ........................................................................................................................ 71
2.2.7. Tempo de permanência .............................................................................................................. 72
2.3. ANÁLISE DO FELTRO UTILIZADO ........................................................................................................... 73
2.3.1. Inspeção Visual .......................................................................................................................... 73
2.3.2. Determinação do material de entupimento residual no feltro................................................... 73
2.3.2.1. Amostragem .............................................................................................................................................74
2.3.2.2. Procedimento para extração......................................................................................................................74
2.3.2.3. Procedimento para determinação de finos orgânicos ................................................................................75
2.3.2.4. Procedimento para determinação de finos inorgânicos (cinzas) ...............................................................75
2.3.3. Determinação da resistência a tração........................................................................................ 76
2.3.3.1. Procedimento ............................................................................................................................................76
2.3.4. Determinação dos perfis de gramatura, espessura e permeabilidade do feltro ......................... 77
IV
3. Estudo de Caso.............................................................................................................78
3.1. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS MÁQUINAS C1 E C2 ...................................................................... 78
3.2. ANÁLISE DO CONDICIONAMENTO ......................................................................................................... 79
3.3. ANÁLISE DO FELTRO EM MÁQUINA ....................................................................................................... 86
3.4. ANÁLISE DO FELTRO UTILIZADO ........................................................................................................... 95
3.5. ANÁLISE DO CONDICIONAMENTO QUÍMICO........................................................................................... 98
4. Discussão dos Resultados e ações implementadas ...................................................100
4.1. RESULTADOS DA ANÁLISE DO CONDICIONAMENTO............................................................................. 100
4.1.1. Chuveiros de alta pressão ........................................................................................................ 100
4.1.2. Chuveiros de baixa pressão...................................................................................................... 100
4.1.3. Sistema de Vácuo...................................................................................................................... 101
4.1.4. Condicionamento químico........................................................................................................ 101
4.2. CONDIÇÕES OPERACIONAIS DOS FELTROS........................................................................................... 101
4.2.1. Volume ativo............................................................................................................................. 101
4.2.2. Relação água/feltro .................................................................................................................. 102
4.2.3. Permeabilidade dinâmica......................................................................................................... 102
4.2.4. Remoção de água ..................................................................................................................... 102
4.2.5. Análise dos feltros retornados.................................................................................................. 102
4.3. AÇÕES IMPLEMENTADAS .................................................................................................................... 102
5. Conclusões..................................................................................................................104
6. Sugestões ....................................................................................................................107
7. Referências Bibliográficas .........................................................................................109
8. Anexos ........................................................................................................................110
8.1. PROCEDIMENTO PARA AMOSTRAGEM DO FELTRO, ANTES E APÓS A LIMPEZA QUÍMICA BATCH........... 110
8.2. PROCEDIMENTO PARA LIMPEZA QUÍMICA “BATCH” ............................................................................ 111
8.3. SISTEMA ECOFLOW .......................................................................................................................... 113
V
Lista de Figuras
Figura 1 – Resistência à tensão x consistência da folha de papel ....................................................................... 5
Figura 2 - Fases da Prensagem ........................................................................................................................... 6
Figura 3 - Prensa Lisa ......................................................................................................................................... 9
Figura 4 - Prensa de Sucção.............................................................................................................................. 10
Figura 5 - Prensa com Furo Cego ..................................................................................................................... 10
Figura 6 - Prensa de Nip Estendido................................................................................................................... 11
Figura 7 - Tipos de fios utilizados na construção de feltros .............................................................................. 14
Figura 8 - Fluxograma do processo de fabricação do feltro ............................................................................. 15
Figura 9 – Retorcimento de fios singelos........................................................................................................... 16
Figura 10 – Estilos de base de feltros ................................................................................................................ 17
Figura 11– Feltro laminado............................................................................................................................... 17
Figura 12 – Pano base termofixado................................................................................................................... 18
Figura 13– Cardagem: processo de transformação de flocos em véu. .............................................................. 19
Figura 14– Agulhamento do véu sobre o pano base. ......................................................................................... 20
Figura 15– Largura do níp em função do aumento da pressão ......................................................................... 22
Figura 16– Mudança de espessura em função da pressão, de dois diferentes feltros ....................................... 23
Figura 17– Comparativo de distribuição da pressão no nip em função da superfície do feltro. ....................... 25
Figura 18– Sistemas típicos de condicionamento .............................................................................................. 33
Figura 19– Bico leque de 45º............................................................................................................................. 35
Figura 20– Zona de incerteza de fluxo no bico leque. ....................................................................................... 36
Figura 21– Distribuição de água através dos chuveiros tipo leque com bicos de 45º, 150 mm de distância
entre bicos, sobreposição de 12 mm entre os bicos e sem oscilação........................................................ 37
Figura 22– Distribuição de água através dos chuveiros tipo leque com bicos de 45º, 150 mm de distância
entre bicos, sobreposição de 12 mm entre os bicos e com oscilação ....................................................... 37
Figura 23– Eficácia do chuveiro x distância do feltro....................................................................................... 39
Figura 24– Efeito na permeabilidade do feltro em relação a distância dos bicos............................................. 40
Figura 25– Efeito da distância do chuveiro na espessura do feltro................................................................... 40
Figura 26– Perfil do jato e distância ótima para uma limpeza eficiente. .......................................................... 41
Figura 27– Efeito da pressão do chuveiro na permeabilidade do feltro............................................................ 41
Figura 28– Efeito do diâmetro do bico na espessura do feltro.......................................................................... 42
Figura 29– Efeito da temperatura da água na permeabilidade do feltro .......................................................... 43
Figura 31– Ângulo do jato em ralação ao sentido de giro do feltro.................................................................. 44
Figura 32– Efeito da oscilação do chuveiro na limpeza do feltro ..................................................................... 46
Figura 33– Desaguamento nas caixas de vácuo. ............................................................................................... 48
Figura 34– Seleção da largura da ranhura em função da velocidade............................................................... 51
Figura 35– Configuração típica dos equipamentos de limpeza mecânica de feltros......................................... 61
Figura 36– Perfil de Scampro mostrando falta de abaulamento . .................................................................... 66
Figura 37– Perfil de Scampro mostrando excesso de abaulamento. ................................................................. 66
VI
Figura 38– Perfil de Scampro mostrando diferença de aplicação de pressão manométrica , com menor
pressão no lado FS. .................................................................................................................................. 66
Figura 39– Perfil de Scampro mostrando “serrilhado”, provocado por faixas de umidade. Algumas hipóteses
podem ser verificadas: oscilação do chuveiro de alta pressão com problemas e baixa pressão no
chuveiro de lubrificação; entre outras. .................................................................................................... 67
Figura 40– Perfil de Scampro “rajado”, mostrando faixas de entupimento do feltro e excesso de abaulamento
.................................................................................................................................................................. 67
Figura 41– Perfil de Scampro com configuração adequada. ............................................................................ 67
Figura 42– Análise visual dos feltros................................................................................................................. 73
Figura 43– Extrator Sox-let ............................................................................................................................... 74
Figura 44– Bomba de vácuo e Funil de Büschner ............................................................................................. 75
Figura 45– Forno mufla..................................................................................................................................... 76
Figura 47- Labscanner para medição dos perfis de gramatura, espessura e permeabilidade do feltro ........... 77
Figura 48– Esquema dos chuveiros das prensas das Máquinas C1 e C2......................................................... 80
Figura 49– Volume ativo dos feltros da máquina C1 ........................................................................................ 87
Figura 50– Volume ativo dos feltros da Máquina C2 ........................................................................................ 88
Figura 51– Relação água/feltro dos feltros da Máquina C1 ............................................................................ 89
Figura 52– Relação água/feltro dos feltros da Máquina C2 ............................................................................ 90
Figura 53– Permeabilidade dinâmica dos feltros da Máquina C1................................................................... 91
Figura 54– Permeabilidade dinâmica dos feltros da Máquina C2................................................................... 92
Figura 55– Remoção de água dos feltros da Máquina C1................................................................................ 93
Figura 56– Remoção de água dos feltros da Máquina C2................................................................................ 94
Figura 57– Análise visual de um feltro .............................................................................................................. 95
VII
Lista de Tabelas
Tabela 1- Características das fibras de poliamida em relação ao diâmetro dos fios ........................................ 14
Tabela 2– % de material de entupimento de um feltro – fibra virgem............................................................... 28
Tabela 3– % de material de entupimento de um feltro – fibra reciclada........................................................... 29
Tabela 4– Aplicação e função dos chuveiros de condicionamento (somente como referência) ........................ 32
Tabela 5– Tempo de permanência do feltro na caixa de sucção, em milisegundos. .......................................... 49
Tabela 6– Exemplo de alguns produtos comumente encontrados em uma análise qualitativa de contaminantes
de feltros ................................................................................................................................................... 57
Tabela 7- Exemplo de alguns produtos comumente encontrados em uma análise qualitativa de contaminantes
de feltros ................................................................................................................................................... 58
Tabela 8– Itens a serem analisados na água de suprimento dos chuveiros....................................................... 62
Tabela 9– Lista de verificação para análise do feltro e seu condicionamento. ................................................. 65
Tabela 10– Valores mínimos de relação água/feltro ......................................................................................... 68
Tabela 11– Valores críticos de volume ativo ..................................................................................................... 69
Tabela 12– Valores mínimos de permeabilidade dinâmica ............................................................................... 70
Tabela 13– Características das Máquinas C1 e C2........................................................................................... 78
Tabela 14– resultado da análise da água de suprimento dos chuveiros............................................................ 81
Tabela 15– Avaliação dos chuveiros das prensas da Máquina C1.................................................................... 82
Tabela 16– Condições operacionais das caixas de sucção da máquina C1 ...................................................... 83
Tabela 17– Avaliação dos chuveiros das prensas da Máquina C2.................................................................... 84
Tabela 18– Condições operacionais das caixas de sucção da máquina C2 ...................................................... 85
Tabela 19– Análise dos feltros retornados da Máquina C1............................................................................... 96
Tabela 20 – Análise dos feltros retornados da Máquina C2.............................................................................. 97
Tabela 21– Resultado da análise de material de entupimento para a 1ª condição de limpeza.......................... 98
Tabela 22– Resultado da análise de material de entupimento para a 2ª condição de limpeza.......................... 99
VIII
Resumo
A finalidade deste trabalho é fazer um estudo sobre o condicionamento dos feltros
das prensas das máquinas de papel, e baseado nele, desenvolver um estudo de caso
mapeando as condições operacionais das máquinas de papel C1 e C2 da Votorantim
Celulose e Papel, unidade de Luiz Antônio. Para tanto, foi necessário uma abordagem sobre
os principais conceitos de prensagem; e dos estilos de feltros utilizados, deste as matérias
primas até os processos de fabricação. Foram desenvolvidos estudos sobre problemas
operacionais dos feltros durante a vida útil e sobre o condicionamento, seguindo duas linhas
básicas: a limpeza mecânica e a limpeza química dos feltros. Na limpeza mecânica foram
abordados o sistema de vácuo e os chuveiros de baixa e alta pressão; as relações entre os
ajustes do chuveiro com o feltro, tais como o ângulo de incidência do jato, temperatura da
água, distância, oscilação e pressão do chuveiro. Na limpeza química foram estudados temas
como material de entupimento residual, a limpeza contínua, limpeza por choque e choque
em operação. Foi criado uma metodologia para análise do condicionamento, buscando um
roteiro para aplicação em vários tipos de prensas. Para análise do condicionamento químico,
foi necessário a criação de um procedimento de amostragem, buscando caracterizar o feltro
antes e após um choque químico, e desta forma verificar a eficiência do sistema de limpeza.
A análise do condicionamento químico mostrou um caminho a ser seguido, na busca de
melhoria do sistema; porém faltaram subsídios como análise qualitativa dos materiais de
entupimento e uma número maior de amostras, para uma avaliação conclusiva do
condicionamento químico. Durante a execução do estudo de caso, algumas irregularidades
foram encontradas, e dentro das possibilidades, corrigidas.
IX
Abstract
The main purpose of this material is to, based on its paper machine press felt
conditioning concepts and theories, develop a case study for the paper machines C1 and C2
of VCP-Luis Antonio Unit, evaluating and mapping its operational conditions. Pressing
concepts, as well as felts styles and its raw materials plus manufacturing processes, were
taken into consideration for the analysis. Felts operating issues during its life in relation to
its conditioning, were evaluated, according to two main topics: conventional cleaning and
chemical cleaning. On the conventional cleaning, vacuum system and showering were
objects of analysis. Jet impingement angle, water temperature, distance from the surface,
oscillation and working pressure were some of the variables considered on the high and lube
showering topics. On the chemical cleaning, we have paid attention to the following
concepts: residual filling of the returned samples, operating regime, shock cleaning
procedure on shuts , and shock on operation. It was developed a conditioning analysis
method, to be used in any type of press configuration. Yet, on the chemical procedure,
samples were measured before and after a chemical shock, in order to evaluate its cleaning
efficiency. This chemical washing showed some positive results, indicating a path to be
considered , however, the number of samples, as well as the poor classification of the filling
type and nature, did not contribute for a better conclusion. During this case study, some
irregularities were found, and fixed, within our possibilities.
1
Introdução
A folha de papel na saída da caixa de entrada, tem aproximadamente 1% de teor
seco. Na zona de formação e drenagem, podemos retirar água da folha, economicamente, até
um teor seco absoluto em torno de 20%.
O setor de prensagem da máquina de papel é responsável pela retirada da água da
folha, através de ação mecânica no nip, formado por dois rolos ou por um rolo e uma sapata.
A remoção de água da folha é influenciada por alguns fatores como a temperatura, a largura
do nip e as condições dos feltros úmidos na zona de prensagem.
A seção de prensagem é uma importante parte da máquina, afetando as
propriedades do papel, bem como interferindo no custo final de fabricação. Baixa eficiência
deste setor, acarreta inconvenientes como a elevação do número de quebras da folha, pela
diminuição da resistência à tração; aumento no consumo de vapor na seção secadora da
máquina, e em muitos casos, a redução da produtividade devido a redução da velocidade da
máquina.
Nos últimos anos, observou-se uma evolução bastante rápida dos conceitos de
prensas, buscando uma adequação das exigências tais como economia no processo
operacional, aumentando a remoção de água neste setor e ao mesmo tempo mantendo ou
melhorando as características da folha de papel; e ainda novas demandas de eficiências
exigidas nas máquinas. O aumento de 1% de umidade da folha, provoca o aumento do
consumo de vapor na ordem de 4 a 5%.
Neste particular, não só os conceitos de prensagem evoluíram, mas também
trouxeram novas tecnologias de revestimento dos rolos de prensagem, projetos mais
modernos de feltros úmidos e novos conceitos de condicionamento de feltros dentre os quais
se destaca a limpeza química contínua.
Assim, o condicionamento é um processo crítico no setor de prensas. Por efeito da
pressão hidráulica, o feltro sofre compactação reduzindo sua capacidade de absorção de
água em função da perda de volume vazio. A água removida da folha no nip, carrega
componentes da folha como carga mineral, finos e aditivos. Estes tendem a se depositar
entre os fios na malha do feltro, provocando entupimentos.
Este trabalho visa abordar a questão do condicionamento dos feltros, fazendo um
estudo das práticas mais comuns nas máquinas de papel, e mapeando as condições nas
2
máquinas da Votorantim Celulose e Papel, de Luiz Antônio. Para tanto é necessária uma
exposição de temas como os conceitos básicos de prensagem, projetos de feltros e sistemas
de condicionamento. Estes fatores tem influência íntima na forma de operação das prensas e
do resultado final esperado deste setor da máquina.
No capítulo 1 é efetuada uma revisão bibliográfica distribuída da seguinte forma:
O item 1.1 – Prensas da máquina de papel, mostra os conceitos básicos de
prensagem. Aqui foram abordados apenas noções elementares, visto que não é “prensagem”
o foco deste trabalho, mas sim o condicionamento. Como é no nip que ocorre a migração
dos componentes de entupimento e a compactação do feltro, é importante o conhecimento
básico da prensagem.
Item 1.2 – Feltros para as prensas. Neste tópico são mostrados os princípios
básicos de fabricação dos feltros úmidos, e as principais características que eles devem
apresentar para um bom desempenho no setor de prensas.
Item 1.3 – Principais problemas ocorridos com feltros durante sua vida útil.
Este tópico traz uma abordagem dos tipos de contaminantes comumente encontrados, o
efeito da compactação e o desgaste provocado pelo efeito da prensagem e contato com
elementos estáticos, como as caixas de vácuo.
Item 1.4 – Condicionamento de feltros úmidos. Neste capítulo são abordadas as
práticas mais comuns como a limpeza mecânica , os chuveiros utilizados, sistema de vácuo
e caixas de sucção, limpeza química por choque e limpeza química contínua.
O item 1.5 - Monitoramento das prensas - traz as práticas utilizadas para
antecipar possíveis problemas na utilização dos feltros e quais ferramentas são utilizadas no
acompanhamento da performance dos feltros durante sua vida útil.
O capítulo 2 – Materiais e Métodos, descreve as atividades realizadas para o
mapeamento das condições operacionais do condicionamento de máquinas de papel. Aqui
são descritos os métodos e materiais utilizados neste processo.
O capítulo 3 traz a descrição de um estudo de caso realizado nas máquinas de
papel C1 e C2 da Votorantim Celulose e Papel.
No capítulo 4, uma discussão dos resultados, comparando com as melhores
práticas exercidas em outras máquinas.
3
Os capítulos 5 e 6 trazem as conclusões finais e sugestões, respectivamente, com
respeito a melhorias possíveis no sistema de condicionamento dos feltros úmidos.
No capítulo 7, são referenciadas as fontes utilizadas na elaboração da revisão
bibliográfica, e finalmente, o capítulo 8 traz os anexos necessários à compreensão de
alguns tópicos do texto.
4
1. Revisão Bibliográfica
O estudo que se segue neste capítulo, visa reunir informações a respeito do
condicionamento de feltros úmidos das máquinas de papel. Uma abordagem sobre a seção
das prensas na máquina de papel e a construção de feltros se faz necessária, buscando um
melhor entendimento sobre o tema em questão.
1.1. Prensas da Máquina de Papel
As etapas de remoção de água da folha na máquina de papel podem ser
simplificadas da seguinte maneira: (Falsarella,1994)
1- Drenagem através dos foils na mesa de formação;
2- Vácuo aplicado pelas caixas e rolos de sucção;
3- Pressão de contato nas prensas;
4- Evaporação pelos cilindros secadores.
1.1.1. Remoção de Água no Nip da Prensa
A eficiência de prensagem é muito importante: primeiro, uma grande quantidade de
água deve ser removida da folha nas prensas para se obter economia na secagem; segundo, a
prensagem promove uma melhor interação fibra/fibra, reduzindo as distâncias
interfibrilares, (pontes de hidrogênio ocorrem com a distância entre 4 a 5 Å); terceiro, as
prensas contribuem para uma correção no perfil de umidade da folha e finalmente, quarto, a
prensagem produz uma folha mais seca, portanto mais resistente e menos sujeita a quebras.
Esta relação entre consistência x resistência da folha é demonstrada na figura 1: 1: fibras
em suspensão; 2: zona de transição onde as fibras estão ligadas por pequena tensão; 3:
fibras ligadas por tensão em contato; e 4: fibras ligadas por contato.
A remoção de água no nip da prensa está associada a alguns fatores como pressão
linear; o tempo de permanência no nip, que tem relação com a velocidade da máquina e
largura do nip e resistência no desaguamento (tipo de fibra, grau de refino, conteúdo de
cargas, gramatura da folha, tipo e qualidade do feltro, tipo de prensa).
A prensa recebe a folha com uma consistência entre 18 e 25%, e valores de teor
seco na saída, entre 36 e 44% são comuns de serem encontrados.
5
Figura 1 – Resistência à tensão x consistência da folha de papel
Em relação ao sentido de fluxo, a água se comporta de duas maneiras no nip das
prensas: fluxo longitudinal e fluxo vertical.
1.1.1.1. Fluxo longitudinal
O fluxo longitudinal ocorre no feltro quando a água flui na direção oposta ao
movimento do feltro quando o mesmo está saturado, antes ou após o nip. Este tipo de fluxo
está normalmente associado à prensa plana.
1.1.1.2. Fluxo Vertical
As prensas de sucção, ranhuradas, de furos cegos ou com telas prensa, camisas
encolhíveis ou feltros combinados são classificadas como prensas de fluxo vertical. Isto se
deve ao fato da água fluir perpendicularmente à superfície do feltro para espaços vazios
incompressíveis, tais como os furos e as ranhuras em um rolo ou entre as malhas de telas ou
camisas, que se tornam receptáculos de água. A pressão hidráulica é reduzida por este tipo
de prensa. Uma descrição mais detalhada sobre a evolução dos tipos de prensas será feita
adiante.
6
1.1.1.3. Etapas da Prensagem
O comportamento da folha e da água no nip tem influência do tipo de rolo, feltros e
propriedades da folha de papel e, de uma maneira geral, o efeito físico pode ser classificado
em 4 etapas da prensagem.
A figura 2 mostra esquematicamente as fases da prensagem, onde:
HT = ponto de máximo de saturação da folha
HM = ponto de máximo teor seco da folha
HE = espessura da folha na entrada do nip
HS = espessura da folha na saída do nip
Figura 2 - Fases da Prensagem
7
EEttaappaa 11:: começa na entrada da zona de contato, onde se inicia a curva de
prensagem (composição externa) e estende-se até o ponto que a folha de papel fica saturada
(HT). O feltro não está saturado durante esta etapa. A pressão total na estrutura fibrosa da
folha cresce com a compressão e ocorre uma variação muito pequena no teor seco do papel.
A pressão total é consumida em comprimir a estrutura fibrosa.
EEttaappaa 22:: estende-se desde o ponto de saturação da folha (HT) até o ponto central
da zona de contato. Como a folha está saturada e com aumento da pressão hidráulica, a água
se transfere do papel para o feltro. Esse também chega à saturação e produz-se, então, um
fluxo perpendicular de água através do feltro que é expelida e vai ocupar os espaços vazios
existentes abaixo do feltro e assim, escapando do sistema.
EEttaappaa 33:: inicia-se no ponto central da zona da contato e segue até o ponto de
máximo teor seco do papel no nip (HM). Nesta etapa a folha de papel está comprimida ao
máximo que a estrutura fibrosa do papel permite e, consequentemente a pressão hidráulica
interna que faz expulsar a água do papel cai a zero, não havendo mais qualquer fluxo de
água. É nesta fase de expansão que o feltro passa pelo ponto onde a sua pressão hidráulica
interna é nula e, como conseqüência, é interrompida a transferência da água contida no
feltro para as áreas abertas (espaços vazios) de armazenagem provisório. O feltro volta a
ficar insaturado.
EEttaappaa 44 :: o feltro e a folha de papel expandem-se. O papel reabsorve água do
feltro, mas devido à expansão, volta ao estado não saturado. Em ambos materiais (papel e
feltro) cria-se uma pressão hidráulica negativa. As forças de compressão que atuam sobre a
estrutura da folha e do feltro são maiores que a pressão total. O vácuo devido à expansão,
será maior no papel do que no feltro, o que produz uma circulação de água e ar no interior
do feltro e deste até o papel. Quando o papel e o feltro se separam, no final da etapa 4, a
água que se apresenta na superfície limite entre elas, dividi-se em conseqüência da
separação das películas.
1.1.2. Evolução da Prensagem
Três principais considerações afetaram o desenvolvimento da tecnologia de
prensagem úmida:
• remoção de água
8
• operacionalidade
• qualidade da folha
Além disso a necessidade de maior eficiência de funcionamento na seção de
prensas e outros fatores econômicos, tais como limitações de espaço e energia afetaram o
desenvolvimento da prensa úmida. As melhorias da eficiência operacional inclui todas as
medidas que visam a redução do tempo de parada na seção de prensa causada pelas quebras
da folha de papel e manutenção. Tais medidas englobam configurações e sistemas
melhorados para trocas de rolo e feltro, bem como sistemas aprimorados para a passagem da
folha.
Nos itens a seguir serão abordados os vários tipos de prensas ou modalidades de
nips de passagem. A combinação das várias modalidades de nip é que torna possível o
arranjo ou lay-out geral de uma seção de prensas úmidas numa máquina de papel.
1.1.2.1. Prensa Plana
Neste tipo de prensa, o papel e o feltro passam através do nip formado por dois
rolos lisos, tendo o rolo superior um revestimento duro e o rolo inferior um revestimento
macio. A água expelida do nip escorre pelo rolo inferior na direção oposta da folha sendo
recolhida em uma calha. Para não incrementar ou minimizar o teor de umidade do feltro
antes da entrada do nip, o que provocaria o aumento do teor de umidade da folha, coloca-se
o rolo superior em posição anterior em relação ao inferior, tocando o papel e o feltro
primeiramente o rolo superior.
Após sair do nip de prensagem, a folha deve separar-se imediatamente do feltro
para evitar a reabsorção de água. Com velocidades mais elevadas, a água expelida na prensa
será forçada contra o nip, causando o esmagamento da folha e reumedecimento do feltro.
Este foi o fator limitante na utilização da prensa plana e que originou o desenvolvimento da
prensa de sucção.
A figura 3 mostra uma configuração característica de prensa lisa.
1.1.2.2. Prensas Ranhuradas
A prensa ranhurada é uma prensa plana com ranhuras produzidas na superfície do
rolo. A força centrífuga aliada a um chuveiro de purga direcionado contra o sentido de
rotação do rolo remove a água das ranhuras.
9
Figura 3 - Prensa Lisa
A folha recebe uma pressão distribuída mais uniformemente, devido ao espaço
mais contínuo das áreas sólidas. A distância máxima do fluxo longitudinal é menor que a
prensa de sucção.
As ranhuras são sulcos efetuados somente no revestimento do rolo, ao contrário dos
rolos de sucção, em que os furos atravessam tanto o revestimento como a camisa do rolo.
As ranhuras permitem um desaeramento do nip em máquinas de alta velocidade.
Permite também um desaguamento, tanto na entrada como na saída da prensa.
1.1.2.3. Prensa de Sucção
O primeiro avanço nos projetos de prensas úmidas foi o desenvolvimento da prensa
de sucção, que permitiu o aumento de velocidade nas máquinas antes limitado pela prensa.
O rolo de sucção compõe-se de uma camisa perfurada, normalmente em bronze e
recoberta por revestimento macio. Internamente está instalada uma caixa de vácuo fixa e
selada contra a camisa giratória. Portanto, a caixa é estática em relação ao nip e o
movimento circular da camisa oferece constantemente uma área aberta por onde a água
escapa do nip ajudada pelo vácuo, diminuindo conseqüentemente a pressão hidráulica
resistente no nip da prensa. A figura 4 mostra um esquema típico de nip com rolos de
sucção.
10
Figura 4 - Prensa de Sucção
1.1.2.4. Prensas com Furos Cegos
As prensas com furos cegos possuem basicamente, o mesmo emprego nas
máquinas de papel, e a operação das prensas tanto com furos cegos como com ranhuras são
muito similares. Os furos têm o objetivo de reduzir a pressão hidráulica no nip das prensas,
contribuindo desta forma com o aumento da velocidade de operação das máquinas de papel.
Analogamente ao rolo com ranhura, os furos são efetuados somente no
revestimento do rolo. A figura 5 mostra uma prensa com furo cego.
Figura 5 - Prensa com Furo Cego
11
1.1.2.5. Prensa de nip estendido
A qualidade de papéis pouco drenáveis, devido à resistência à drenagem ou devido
à pressão hidráulica admissível do papel, só podem alcançar altas taxas de desaguamento
nas prensas úmidas se os tempos de desaguamento forem longos, com ocorrências
simultâneas de uma alta pressão de prensagem e curto percurso de desaguamento. Um maior
alargamento da zona de prensagem é obtido com a prensa de sapatas.
Dois elementos rotativos são comprimidos um contra o outro; um dos elementos
pode ser deformado elasticamente, para formação de uma larga superfície de contato. Uma
camisa de prensagem, elástica, gira em torno de uma travessa fixa. Uma sapata de pressão,
pressionada hidraulicamente e guiada na travessa, transmite a desejada força de prensagem à
camisa, em toda a largura da máquina. É possível empregar assim pressões lineares de até
1050 kN/m, com uma largura da zona de prensagem de aproximadamente 250mm. A figura
6 mostra o comportamento do nip em uma prensa de sapata.
Figura 6 - Prensa de Nip Estendido
12
As prensas de sapata trazem vantagens como o aumento do teor seco da folha,
melhora da qualidade do papel e aumento da produtividade da máquina. Por estas razões a
Prensa de Sapata brevemente será o Estado-da-Arte para papéis da linha escrever e
imprimir, assim como, para cartões e produtos de embalagens.
13
1.2. Feltros para as prensas
Os processos de fabricação de papel, tem se desenvolvido juntamente com as
máquinas de papel. Estas mais largas, com novas configurações, mais velozes e buscando
melhoria de qualidade das características do produto. Como é bem conhecido, com relação
ao consumo de energia, é mais econômico retirar água da estrutura fibrosa por meio
mecânico, no setor de prensagem, do que retirá-la no setor de secagem. Melhorar o
andamento do setor de prensagem para máquina de maiores eficiências, trouxe novos
desenvolvimento de prensas – tecnologia da prensa de sapata e prensas de passagem fechada
da folha para a secagem, por exemplo, são tecnologias que já se encontram bem
consolidadas hoje em dia. Naturalmente, estes desenvolvimentos requerem avanços nas
vestimentas do setor de prensas.
O projeto dos feltros para se adequar a nova realidade das prensas, busca o máximo
de desaguamento e uma boa performance da máquina com uma aceitável vida útil. Cada
posição de feltro nas prensas tem uma característica especial, resultado do seu estilo
construtivo, estrutura , superfície e propriedades de compressão.
As funções básicas de um feltro são a sua capacidade de absorver a água da folha
retirada no NIP de prensagem; suportar a folha no NIP para evitar seu esmagamento;
promover uma distribuição uniforme de pressão sobre a folha de papel; proporcionar um
bom acabamento superficial da folha; equalizar a distribuição de pressão em áreas ocas e
áreas maciças, para evitar o “shadow mark” e o “grooved mark”; e ainda operar como uma
correia de transmissão de potência, acionando os rolos não acionados das prensas.
Este capítulo traz uma breve abordagem sobre aspectos construtivos do feltro, tais
como matérias primas utilizadas, fases do processo de fabricação e propriedades técnicas
requeridas nas variadas aplicações
.
1.2.1. Matéria prima utilizada na fabricação dos feltros
Adanur (1997), comenta que a principal matéria prima utilizada na fabricação dos
feltros são as poliamidas, mais conhecidas como fibras sintéticas. As poliamidas são
duráveis, fortes e resistentes a ação da água. São utilizadas na maioria das aplicações e, em
casos especiais, também se utilizam fibras naturais como a lã, ou outros tipos de polímeros.
14
O feltro é construído a partir de uma base tecida, com características próprias para cada
posição da prensa, e uma manta formada por pequenas fibras e presa à base por um processo
de agulhamento.
A estrutura da base dos feltros é construída com fios de diferentes diâmetros que
podem ser divididos nas seguintes categorias: 1 - monofilamento singelo; 2 - fios retorcidos;
3 - multifilamentos e 4 - fios fiados. A figura 7 mostra a estrutura destes fios.
Figura 7 - Tipos de fios utilizados na construção de feltros
Já a estrutura superficial do feltro, ou a manta, possui características peculiares
relacionadas ao acabamento superficial, e portanto, as fibras que serão agulhadas à base
possuem um tamanho entre 60 e 90 mm, com diferentes diâmetros. Estas fibras são
caracterizadas por unidades “desitex” (dtex) ou “denier”. Desitex é uma unidade onde
mede o peso em gramas de 10.000 metros de fibras; e o denier é o peso de 9.000 metros de
comprimento de fibras. Usualmente utiliza-se um dtex entre 3 a 44, na fabricação dos feltros
úmidos. A tabela 1 mostra a relação entre dtex e denier com o diâmetro da fibra sintética.
Tabela 1- Características das fibras de poliamida em relação ao diâmetro dos fios
Desitex Denier Diâmetro (µµµµm)
3,3 3 19
4,4 4 22
6,7 6 27
12,2 11 35
17 15 43
22 20 50
33 30 61
44 40 70
1 2 3 4
15
1.2.2. Processo de Fabricação do Feltro
A construção de um feltro envolve dois processos distintos: a construção do pano
base e a preparação da manta. Num processo posterior ocorre a junção da manta ao pano
base. A figura 8 mostra um fluxograma simplificado de um processo de fabricação do
feltro.
Figura 8 - Fluxograma do processo de fabricação do feltro
Termofixação
Matéria
Prima
Retorcimento
e Urdição.
Tecelagem
Agulhamento
Mistura da Matéria
Prima
Cardagem
Acabamento
Pano base
Manta
Inspeção
Feltro
Pré-agulhamento
Preparação
da emenda
16
1.2.2.1. Fabricação do Pano base
Piton (2001), em seu trabalho, escreve que o inicio do processo de fabricação é a
preparação à tecelagem. Para que seja possível agregar características ao feltro, os fios
singelos passam por um processo de retorcimento. Algumas etapas são cumpridas neste
processo; primeiro o retorcimento sobre seu próprio eixo, depois várias combinações de
retorcimento unindo os fios singelos para se obter o fio retorcido. A figura 9 mostra esta
transformação.
Figura 9 – Retorcimento de fios singelos.
Em seguida ocorre a urdição de fios. Este processo consiste em transpor os fios
retorcidos das bobinas (ou espulas, como também são chamadas), para carretéis especiais
utilizados no tear. O fio de urdume representa o fio no sentido CD (transversal), da máquina
de papel. E finalizando a preparação para a tecelagem, ocorre o processo de espulagem, que
consiste na colocação dos fios na espula, possibilitando seu uso na lançadeira do tear. Este
fio, quando o feltro está em marcha na máquina, é o fio no sentido MD (longitudinal).
Fio singelo
Fio retorcido
17
O processo seguinte é a tecelagem do pano base. Aqui ocorre uma evolução de um
desenho previamente estabelecido de acordo com o uso final do feltro. Tais desenhos
traduzem diferentes estruturas de base e conceitos de tecimento. A figura 10 mostra vários
estilos de base utilizadas nos projetos de feltros. A escolha de um ou outro estilo, depende
fundamentalmente do tipo de aplicação (posição das prensas que será utilizado o feltro e
tipo de papel fabricado).
Figura 10 – Estilos de base de feltros
De acordo com Paulapuro (2000), estas estruturas de feltros são as mais
modernas, e ainda, a composição entre as lajes (simples + simples; simples + dupla) formam
os feltros laminados. Os feltros laminados, por sua vez, trouxeram um grande avanço na
eficiência dos feltros no setor de prensas. A figura 11 representa uma estrutura de feltro
laminado.
Figura 11– Feltro laminado
Laje Dupla
Laje Tripla
Laje Simples
18
O processo seguinte é a temofixação do pano base. Consiste em fixar o formato em
que os fios ficaram após a tecelagem. O pano base é exposto a temperatura de um cilindro
por um determinado tempo. Este tempo e temperatura fixam no fio a forma que ele obteve
na tecelagem. A figura 12 mostra um pano base já termofixado.
Figura 12 – Pano base termofixado
1.2.2.2. Preparação da Manta
A manta do feltro é fabricada a partir de fibras sintéticas, conforme citado no item
1.2.1. Segundo Piton (2001), o processo de preparação da manta passa, inicialmente, pela
mistura de fibras, com diferentes denier, de acordo com o estilo do feltro. Porém, nem todos
os estilos requerem misturas de fibras, onde algumas características finais de uso definem o
tipo de matéria prima a ser utilizada na manta.
Em seguida, ocorre a “cardagem”. As fibras que são utilizadas na manta são
fornecidas em forma de flocos e em fardos. A cardagem é o processo de transformação dos
flocos de fibras em uma espécie de tecido, chamado “véu”. A figura 13 mostra o processo
de transformação dos flocos em véu.
O véu passa por um pré-agulhamento buscando oferecer-lhe uma resistência física
maior para que seja possível o seu enrolamento em forma de bobina, e assim, facilitar sua
aplicação durante o agulhamento sobre o pano base.
A etapa de cardagem pode direcionar as fibras da manta no sentido MD, CD ou
então a 45º em relação ao sentido da máquina de papel. Este direcionamento é definido em
função do projeto do feltro e de sua aplicação final.
19
Figura 13– Cardagem: processo de transformação de flocos em véu.
1.2.2.3. Agulhamento
O agulhamento consiste no processo de adesão da manta ao pano base.
Basicamente, o véu é apoiado sobre o pano logo antes de entrar na máquina de
agulhamento, e sofre impactos de milhares de agulhas, que possuem minúsculas rebarbas;
fazendo com que as fibras fiquem ancoradas mecanicamente sobre a estrutura tecida da
base.
A intensidade do agulhamento é definida pela profundidade que as agulhas
penetram na base e pelo número de vezes que o feltro vai passar pela máquina. Por sua vez,
a intensidade do agulhamento proporciona várias propriedades ao feltro, como a
permeabilidade e qualidade superficial. A quantidade de véu agulhado à base define o peso
final do feltro.
Esta etapa da fabricação é crítica, pois exige precisão e controle sobre a
profundidade e penetração da agulha, podendo provocar marcações na manta e danos aos
fios do pano base, o que pode comprometer o desempenho do feltro durante sua operação na
máquina de papel . A figura 14 (Adanur, 1997), mostra o processo de agulhamento.
20
Figura 14– Agulhamento do véu sobre o pano base.
1.2.3. Propriedades Técnicas
As principais propriedades de um feltro para as prensas são: a capacidade de
remoção de água; distribuição uniforme da pressão e compressibilidade. Estas propriedades
são obtidas a partir de algumas características da matéria prima , do projeto de construção
do feltro e dos processos de fabricação. A seguir, serão descritas algumas propriedades
importantes a serem consideradas em um feltro.
1.2.3.1. Gramatura e espessura
De acordo com Adanur (1997), os projetos de construção dos feltros determinam
para cada posição de uma prensa, uma certa quantidade de véu a ser adicionado ao pano
base, resultando em um peso final expresso em gramas por metro quadrado (g/m²).
21
A gramatura influencia na capacidade de manuseio da água e também na compressibilidade
do feltro.
O feltro deve possuir uma distribuição uniforme de massa (véu), ou em caso
contrário, o feltro pode provocar vibrações nas prensas, devido sua variação de densidade.
Esta característica é controlada durante o processo de fabricação, por sensores de massa.
A espessura é uma importante característica do feltro durante o seu uso, pois está
relacionada com a compactação e volume vazio, que influenciam na capacidade de
drenagem do feltro. A espessura diminui bastante nos primeiros dias de uso do feltro, e
depois de uma certa perda de espessura, o feltro tem que ser removido da máquina
1.2.3.2. Relação Manta/Base
Esta relação é definida pela massa da manta, dividida pela massa da base, utilizada
no feltro. Uma relação alta de manta/base pode provocar compactação precoce e baixa
capacidade de remoção de água. Por outro lado, uma baixa relação manta/base pode
provocar marcações na folha pelos fios da base do feltro, e com isto comprometer o
desempenho do feltro na prensa.
1.2.3.3. Permeabilidade ao ar e resistência ao fluxo
É a medida de um volume de ar passando pelo feltro, por uma unidade de área (pés
cúbicos / polegada quadrada ou CFM). Paulapuro (2000), comenta que a permeabilidade
ao ar foi uma medida usada por muito tempo como ferramenta de controle de qualidade
nas fabricas de feltros. Infelizmente, raramente é encontrado uma relação entre a
permeabilidade ao ar com a performance da máquina de papel. Portanto uma medida mais
adequada para avaliar a resistência ao fluxo em um feltro nas condições de operação, é
medir a permeabilidade à água; que junto com as medidas de permeabilidade ao ar, dá uma
informação adicional sobre o desempenho de um feltro em determinada posição nas prensas.
A medição da permeabilidade a água ainda não está padronizada nas indústrias e
apenas alguns fabricantes de feltros possuem o equipamento e ainda, em regime de testes. O
novo instrumento chamado Scampro FeltPerm é um desenvolvimento que possibilita a
medição da resistência ao fluxo de água durante a operação das prensas.
22
1.2.3.4. Compressibilidade e Volume Vazio
As propriedades de compressão mecânica de um feltro afetam a largura do nip e a
pressão máxima no centro do nip. Os parâmetros principais envolvidos com a
compressibilidade do feltro são o volume vazio, a fração vazia e a espessura do feltro no
centro do nip. Adanur (1997), define que o volume vazio é o espaço não ocupado pelos fios
da base e da manta no tecido do feltro. Esta propriedade do feltro indica a quantidade de
água que ele pode absorver. Fração vazia é uma indicação da fração do volume total
disponível para aceitar água. O peso da base e volume vazio de um feltro estão relacionados,
mas o aumento de peso da base, não necessariamente aumentará a sua capacidade de
absorção de água. Então, segundo Paulapuro (2000), a compressibilidade de um feltro é
caracterizado freqüentemente, usando outro parâmetro chamado “relação água/feltro”. A
relação água/feltro representa o peso de água que pode estar em uma estrutura a uma
determinada pressão por peso de fibra do feltro.
A figura 15 mostra o princípio da curva de pressão de estruturas de feltros
compressíveis e incompreensíveis. Como os feltros estão comprimidos no nip, a espessura
de um feltro incompressível resiste menos e ocorre perdas mais cedo que os feltros
compressíveis. Assim a largura de nip é maior, e a pressão máxima no meio do nip é mais
baixa com feltros incompressíveis que feltros compressíveis.
Figura 15– Largura do nip em função do aumento da pressão
Estrutura compressível
Estrutura incompressível
Pressão (MPa)
Largura do Nip (mm)
23
A figura 16 mostra a mudança da espessura dos feltros sob a pressão no nip.
Ambos os feltros têm a mesma espessura inicial mas, como a pressão no nip aumenta, a
espessura do feltro compressível diminui mais rapidamente que a espessura de feltro
incompressível à pressão de 8 Mpa, a espessura para o feltro compressível é 1.6 mm e para
o feltro de incompressível é 2.0 mm.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Compressível Incompressível
mm
MPa
Figura 16– Mudança de espessura em função da pressão, de dois diferentes feltros
Feltros com alta compressibilidade e baixo volume vazio, são os mais requeridos
nas prensas de máquinas de papel de altas velocidade, onde o desempenho ótimo é exigido
logo no início. Por outro lado, feltros altamente compressíveis aumentam muito a pressão no
centro do nip, o que é desvantajoso em termos de vibração das prensas. A
compressibilidade de um feltro diminui com a compactação devido sua vida útil e com
contaminantes.
Volume vazio suficiente é um fator crítico quando a carga de água no nip da prensa
é muito alta. Os problemas relacionados com pressão hidráulica elevada tornam-se
presentes, como a vibração, esmagamento e o "shadow marking" ou marcas do rolo sucção.
Então, as posições das prensas podem ser divididas em quatro grupos diferentes
que definem o volume vazio requerido para um feltro:
1 - Rolos venta nip, sucção, ou rolos perfurados.
2 - Prensa lisa.
24
3 - Feltro contra rolo venta nip e shoe-prees com duplo feltro.
4 - feltro contra manta da shoe-press com único feltro
Nas posições de prensa com venta nip, sucção, ou o rolo perfurado, os feltros
precisam de menor volume vazio, porque o revestimento dos rolos possui capacidade de
absorver a água retirada da folha no nip. Na posição shoe-press, geralmente é necessário um
volume vazio mais alto que em prensas comuns. A largura do nip em prensas de rolos está
entre 4 a 6 cm enquanto em uma shoe-press, a largura está entre 25 a 30 cm. O tempo mais
longo de permanência no nip leva a um aumento da quantidade de água retirada, e assim é
necessário um controle maior da quantidade de água a ser manuseada no nip. Em shoe-press
duplamente feltradas, o feltro do lado da manta precisa ter volume vazio mais alto que o
feltro no lado do rolo. A razão para isto é que do lado da manta, mesmo que esta seja venta
nip ou perfurada, há menor volume vazio disponível, em relação ao lado do rolo.
1.2.3.5. Uniformidade da superfície
Uma variável de feltro muito significante em eficiência de remoção de água e
qualidade de papel é a uniformidade de superfície do feltro. Para isto foi mostrado em
estudos de bancada em diferentes laboratórios, como também em prática que o feltro com
fibras melhores na superfície da manta produz um desaguamento da folha melhor que um
com fibras mais grossas. Porém, em muitos casos, muitas fibras finas na manta reduzem a
vida de feltro devido a tampar o tecido. O aumento alcançado no desaguamento de um feltro
com fibras finas na manta, parte é atribuível à uniformidade melhor da superfície. Outra
parte considerável do efeito é a capacidade melhor de reter água nos poros do feltro.
Como é bem conhecido, a dupla-face em papel depende de muitos fatores como
diferenças de densidade na direção-Z, distribuição de finos e cargas na direção-Z, ou
diferença de lisura na superfície. Vários desses são relacionados a condições correntes antes
da seção de prensas. Porém, a seção de prensas impacta profundamente na lisura e
densidade da folha. No nip de prensas com único feltro, um dos lados entra em contato com
o feltro e o outro lado com o rolo. Geralmente a superfície do rolo contribui com uma lisura
mais alta e com uma densidade mais baixa na superfície da folha, enquanto o lado do feltro
tem o impacto oposto. A figura 17 mostra a diferença de distribuição de pressão em um nip
de prensa com simples feltro, comparando duas diferentes superfícies.
25
Figura 17– Comparativo de distribuição da pressão no nip em função da superfície do feltro.
Rolo
Feltro
Folha
Rolo
Feltro com pior superfície Feltro com melhor superfície
Diferente distribuição da pressão
Distribuição igual da pressão
26
1.3. Principais problemas dos feltros durante sua vida útil
Os feltro úmidos de última geração são fabricados com 100 % de material sintético,
e apresentam inúmeras vantagens em relação aos antecessores, fabricados com fibras
naturais. No entanto, mesmo com todas as vantagens descritas, os feltros apresentam
problemas durante sua vida útil, provocando quebras da folha de papel e paradas da
Máquina de Papel para sua substituição.
Os principais itens que levam ao colapso do feltro e conseqüentemente, a sua queda
de desempenho, provocando redução da eficiência operacional da máquina pela elevação de
quebras da folha e perdas por qualidade do papel, são os depósitos orgânicos e inorgânicos;
a compactação do seu tecido sintético e o desgaste provocado pelo atrito com rolos e caixas
de sucção. Estes fatores serão detalhados a seguir.
1.3.1. Depósitos
Furibondo (1987), diz que muitos depósitos são semelhantes, mas não se
encontram dois precisamente iguais. Até mesmo uma mudança pequena dentro do
processo, substâncias químicas de tratamento, diferentes fibras e cargas, velocidade de
máquina, projeto do feltro, tensão do feltro, ou qualquer outra mudança, provoca alterações
na quantidade e composição do depósito.
Assim, segundo Furibondo (1987), qualquer discussão de depósitos de feltro deve
ser mantida em um âmbito geral. Os depósitos de feltros são orgânicos e inorgânicos.
Depósitos inorgânicos podem ser cargas, como dióxido de titânio (TiO2), caulim (silicato de
alumínio, em uma relação de 1,4 : 1 de SiO2 para Al2O3), e carbonato de cálcio (CaCO3).
Talco (silicato de magnésio) usado para controle de pitch, sempre terminam no feltro em
alguma concentração.
Além da adição de cargas, sais insolúveis, hidróxidos, e óxidos podem terminar no
feltro. Estes depósitos podem ser formados em outro lugar da fábrica ou podem ser
formados “in situ” no feltro. Os sais podem ser sulfato de bário (BaSO4), sulfato de cálcio
(CaSO4), fosfato de cálcio [Ca3(PO4)2], fosfato de alumínio ou silicato de magnésio. Os
hidróxidos e óxidos incluem o hidróxido férrico [Fe(OH)3], hidróxido de cálcio [Ca(OH)2],
óxido de ferro (FeO3) e óxido de alumínio (Al2O3). Estes depósitos inorgânicos também
podem vir do refugo ou da fibra secundária.
27
Os depósitos orgânicos podem incluir uma gama até mais larga de materiais.
Materiais que a maioria das vezes, a amostra, durante a análise é gordurosa, de ácidos de
breu e ésteres, óleo de hidrocarboneto e ceras provenientes do refugo e oxalato de cálcio
além de compostos resultantes da lignina.
Depósitos orgânicos incluem freqüentemente uma variedade de componentes de
fibra secundária como adesivos, plásticos (polietileno e polipropileno), resíduos de
copolímeros de estireno-butadieno, e preto de carbono. Substâncias químicas de tratamento,
partículas de breu fortalecido, resinas de resistência úmida, auxiliar de retenção, partícula
de cola ASA, entre outros, podem ser achados nos depósitos de feltros.
Depósitos podem ocorrer na superfície do feltro, ou eles podem ser encontrados,
também, no interior do feltro. Em alguns casos, um tipo de depósito pode ocorrer na
superfície , e um tipo diferente de depósito pode ser encontrado dentro do feltro.
Depósitos podem causar baixo desempenho da seção de prensas, e problemas de
qualidade da folha. Na seção das prensas podem ocorrer arraste de ar (perda de porosidade),
redução da velocidade da máquina (perda de drenagem), esmagamento (perda de porosidade
e baixo volume vazio do feltro), perda de vácuo no rolo de sucção e caixa de sucção,
aumento no número de quebras e tempo de manutenção para troca do feltro.
No papel, os problemas de qualidade podem ser rugas e fichas, devido ao perfil de
umidade irregular, encolhimento, e marcas na folha que são o resultado de depósitos de
superfície e podem ser causadas através de depósitos de feltro.
No Brasil, alguns estudos estão sendo realizados pela Albany Int., utilizando-se de
amostras de feltros retornados de seus clientes, e Freitas (2001) descreve alguns resultados,
onde os materiais de entupimento dos feltros variam muito em função do tipo de processo
que se utiliza para a fabricação de papéis. Segundo Freitas (2001), os materiais comumente
encontrados no corpo dos feltros são fibras e fibrilas em forma de finos, extratos resinosos
provenientes do processo, pitches, aditivos químicos e cargas utilizadas na fabricação de
papel.
Pode-se dividir estes materiais em cinco categorias:
a) – Solúveis em álcalis: são normalmente materiais orgânicos provenientes do próprio
processo, como a lignina da madeira, amido, cola de breu e outros incorporados
como aditivos. Estes materiais podem ser removidos do feltro com o uso de produtos
a base de álcalis.
28
b) – Finos de papel: são pequenas partículas de fibras que penetram mais nas camadas
da manta em contato com a folha, e em menor proporção na estrutura da base e
camada interna da manta do feltro. A melhor maneira de remove-las é através da
ação mecânica do chuveiro de alta pressão e caixas de sucção.
c) – Cinzas ou cargas: são materiais inorgânicos encontrados no feltro. Estes materiais
inertes são o dióxido de titânio, caulim, areia, carbonatos, talco e outros complexos
metálicos de água dura. São removíveis pelo uso de ácidos ou produtos químicos
específicos utilizados de preferência, em limpezas contínuas.
d) – Extraíveis: estes materiais de entupimento são resinas ou polímeros solúveis em
solventes. Os mais comuns são os pitches natural ou sintético, ceras, asfalto, látex,
tintas, etc. O pitch natural é proveniente do processo de cozimento da madeira e de
polpas mecânicas, sendo o restante, dos processos de desagregação das aparas
utilizadas como matéria prima.
e) – Resinas para resistência úmida: são polímeros sintéticos de caráter ácido
(melanina e uréia formoldeído) ou neutro (polímeros de diferentes formas),
produtos estes utilizados para fornecer resistência úmida em determinados tipos de
papéis. A limpeza química com produtos químicos específicos e controles
adequados, podem proporcionar uma ação de limpeza pela quebra da estrutura
química da resina.
Nas tabelas 2 e 3 estão inseridos os materiais de entupimento comumente
encontrados em análises dos feltros retornados, com relação ao tipo de fibra utilizada:
virgem ou reciclado.
Tabela 2– % de material de entupimento de um feltro – fibra virgem
Material de entupimento (%)
Cinzas Extraíveis Finos Total
Kraft 0,2 – 0,5 2,2 – 2,7 1,1 – 1,6 3,5 – 4,8
Imprensa 0,3 – 1,0 3,4 – 5,7 1,3 – 2,4 1,3 – 2,4
Finos 1,6 – 1,8 1,5 – 2,0 1,2 – 2,0 4,3 – 5,8
Tip
os d
e
Papé
is
Celulose 0,0 – 0,1 1,5 – 5,5 0,6 – 1,9 2,1 – 7,5
29
Tabela 3– % de material de entupimento de um feltro – fibra reciclada
Material de entupimento (%)
Cinzas Extraíveis Finos Total
Kraft 0,7 – 1,0 1,0 – 1,8 1,0 – 2,7 2,7 – 5,5
Tissue 1* 1,0 – 6,0 1,6 - 2,2 1,0 – 5,0 3,6 – 13,2
Tip
os d
e
Papé
is
Tissue 2 0,2 – 2,0 1,0 – 3,0 1,0 – 2,0 2,2 – 7,0
Obs. Tissue 1* – matéria prima mais nobre
Em máquinas de secar celulose os materiais de entupimento comumente
encontrados nas análises de feltros retornados são os extraíveis, finos e cinzas ou cargas, na
seguinte proporção:
a) Extraíveis: variam de 60 a 80% e em situações críticas podem acusar valores
próximos a 90-95% do total de material de entupimento encontrado.
b) Finos: oscilam entre 15 a 20%, e em determinadas situações chegam até 30 % do
total de material.
c) Cinzas: depende do uso ou não de talco para o controle do pitch natural, portanto,
são comuns valores de 0 a 20%.
De acordo com Freitas (2001), nos anos 70 a maior proporção de material de
entupimento encontrados nos feltros, de uma forma geral, estavam alojados na base do
feltro, principalmente no sentido transversal da máquina (fios fiados). Hoje com as
construções modernas de feltros e a eliminação dos fios fiados, os materiais de entupimento
encontram-se em maior proporção nas camadas da manta em contato com a folha de papel
(superfície externa).
Este fato aliado à facilidade da remoção das impurezas dos feltros e à melhoria do
condicionamento destes, permitiu a redução significativa dos materiais de entupimento
analisados nas amostras de feltros retornados. Comparativamente aos anos 70 e utilizando a
referência por tipo de papel, mostrados nas tabelas 2 e 3, os valores de material de
entupimento demonstrados naquelas tabelas, eram de 2 a 4 vezes maiores.
Feltros entupidos contêm elevada relação de umidade antes do nip, redução da
capacidade hidráulica (volume vazio) e permeabilidade. Muitas vezes, o nip que antes era
seco torna-se saturado sendo esta uma condição crítica de operação. Estes problemas,
principalmente em posições pick up apresentam a tendência de beliscamento da folha. Em
30
prensas duplamente feltradas ocorre o acompanhamento da folha. Isto acarreta redução da
eficiência de prensagem e conseqüentemente, perda de produção.
1.3.2. Compactação
Os materiais de entupimento atuam como aglutinantes e tendem a agrupar as fibras
da manta dos feltros, causando maior adensamento do feltro no nip. Portanto, o efeito de
compactação determinado pela pressão total aplicada no nip, pode ser acelerada pelo
aumento da pressão hidráulica em feltros entupidos.
A perda de espessura do feltro é bastante acentuada na sua fase de assentamento,
reduzindo posteriormente, com a compactação gradativa do feltro. Seria normal a
permeabilidade sofrer redução proporcional ao adensamento do feltro, porém dependendo
do estágio de entupimento, o fechamento do feltro é acima do previsto.
A compactação de um feltro é determinada em função da soma das pressões
mecânica e hidráulica (pressão total), e o número de revoluções deste no nip.
1.3.3. Desgaste
O desgaste do feltro é constatado quando ocorre a perda progressiva de fibras, e ele
pode ser causado pela ação mecânica e/ou química. Se a peça é mantida em máquina, os fios
da base ficam expostos a uma ou a soma das ações de desgaste, destruindo a própria
estrutura do feltro.
O desgaste pode ser observado em faixas ou homogêneo. Em faixas são causados
pelos chuveiros e cobertura das caixas de sucção operando inadequadamente, ou por
abrasão provocada pelos revestimentos dos rolos do circuito do feltro, ou dos próprios rolos
das prensas. O desgaste homogêneo é causado pela ação mecânica dos chuveiros de alta
pressão (pressão acima do especificado), rolos mal retificados ou aplicação incorreta de
feltros.
A ação química é mais comum em máquinas de celulose. O desgaste químico é
causado pela presença de íons de cloro ou peróxido provenientes do processo de
branqueamento da celulose, os quais reagem com os radicais amina da cadeia molecular da
poliamida do feltro, provocando rompimento destas e consequentemente perda de
fibras/fibrilação dos fios da base.
Assim, o feltro perde sua resistência física e o desgaste prematuro é constatado,
obrigando a sua substituição antes do previsto.
31
As condições para ocorrer o ataque químico do feltro são:
- Concentração acima do normal de cloro residual (> 0,5 ppm) ou íons peróxido
(> 100 ppm).
- pH da polpa e água dos chuveiros muito ácidos na presença de cloro residual (< 4,5).
- pH > 7,5 na presença de íons peróxido.
- Temperatura do meio acima de 50 ºC.
- Geração de cloro nascente pelo ácido hipocloroso com pH entre 3,5 e 5,5.
- Presença de metais como Cu, Co, Cr, Mn provenientes de água dura.
- Tempo de exposição da poliamida citada nas condições anteriores.
Vale ainda salientar que pH 3,5 é dez vezes mais ácido do que pH 4,5 e cem vezes
mais ácido que pH 5,5. Portanto o ataque químico pode ser significativamente acelerado a
medida que as condições do meio forem desfavoráveis, seja pelo aumento da temperatura,
pH mais ácido para íons cloro ou mais básico para íons peróxido.
O ataque químico é irreversível e as análises de feltros retornados demonstram
fibras e fios danificados com cadeia molecular rompida, bem como redução da viscosidade,
comparativamente com o feltro novo.
32
1.4. Condicionamento dos Feltros
O setor de prensas úmidas da máquina de papel é uma parte crítica do processo
pela complexidade e quantidade de variáveis envolvidas. Com o aumento de velocidade das
máquinas e substituição dos processos (ácido para alcalino, por exemplo), muitos problemas
surgiram nas prensas como o aumento do número de rompimentos da folha, vibrações
mecânicas provocadas pelos rolos e feltros e queda do teor seco; e outros se agravaram
como o entupimento, compactação e desgaste dos feltros.
Diante disto, o condicionamento dos feltros, ou seja, a manutenção da condição
ideal do feltro no nip de prensagem, com menor índice de entupimento, volume vazio
adequado pelo maior tempo possível e baixo índice de desgaste, passou a ser fundamental
para o bom desempenho deste setor da máquina.
Segundo Neum (1999), os sistemas de condicionamento para feltros tubulares,
resumem-se basicamente em chuveiros de baixa e alta pressão, chuveiro químico e caixas de
sucção. A tabela 4 e a figura 18 ilustram um condicionamento típico, combinando todos
estes equipamentos.
Tabela 4– Aplicação e função dos chuveiros de condicionamento (somente como referência)
Nº Aplicação Função Tipo Pressão kgf/cm2
Vazão lpm/cm
Ø do bico
(mm)
Distância (mm)
1 Inundação Chuveiro químico e de
inundação Leque
oscilante 2,8 a 4,2
valor calculado
2,4 100
2 Chuveiro interno Limpeza de telas e
feltros Jato
oscilante 14,1 a 24,6 0,091 a 0,102 1,0 75 a 150
3 Chuveiro externo Limpeza de telas e
feltros Jato
oscilante 10,5 a 21,0
0,091 a 0,102
1,0 150 a 200
4 Lubrificação da caixa de vácuo
Selagem da superfície do feltro e lubrificação
Leque oscilante
1,8 a 2,1 0,102 a 0,134
1,4 200
5 Lubrificação de
raspas Lubrificação da lâmina
no rolo Leque
estacionário 1,8 a 2,8
0,102 a 0,134
1,4 200
6 Limpeza do rolo de
sucção Limpeza
Jato oscilante
24,6 a 35,0 0,374 a 0,728
1,0 100
7 Limpeza rolo
ranhurado (> 426 m/min)
Limpeza Leque
estacionário 4,2 a 5,6 0,728 a 0,831 2,4 100
7 Limpeza rolo
ranhurado (< 426 m/min)
Limpeza Leque
estacionário 4,2 a 5,6
0,268 a 0,343
2,4 100
8 Alta pressão atravessador
Limpeza de manchas jato 10,5 a 21,0 - 1,0 100 a 200
33
Figura 18– Sistemas típicos de condicionamento
Os contaminantes podem ser afetados por calor, substâncias químicas e energia
cinética. Normalmente, a temperatura dos feltros são mantidas tão perto de folha ou da
temperatura do sistema quanto possível, para evitar impactos negativos na remoção da água
ou outras interações adversas com a folha de papel. Aplicação de substâncias químicas é
um modo extremamente poderoso para remover contaminantes, porém oneroso, sendo uma
última alternativa para a limpeza dos feltros. A maioria dos meios econômicos de remoção
de contaminante é a aplicação de energia com chuveiros e caixas de sucção. Com algumas
regras de engenharia simples, podem ser obtidos sistemas bastante eficientes.
5
3 4
2
4
1
6
5
6
7
4
4 3 5
2
1
7
5 8 4 4
2
1 7
1
5 8
4
7
34
Este tópico descreve as principais metodologias utilizadas nas máquinas de papel,
podendo ocorrer a aplicação de um ou outro método, ou então a combinação deles,
dependendo do tipo de papel que a máquina produz e do processo utilizado para tal. Os
sistemas de condicionamento em questão são: limpeza mecânica e limpeza química.
1.4.1. Limpeza Mecânica
A limpeza mecânica utiliza energia e água fornecida pelos chuveiros abrindo canais
e umidecendo o feltro para facilitar a retirada das impurezas pelas caixas de sucção. Neum
(1999), define chuveiros como sendo sistemas que aplicam fluidos. Em uma máquina de
papel, há dois tipos de chuveiros basicamente: chuveiros leque e agulha. São usados
chuveiros leque para aplicar fluido, normalmente água a baixa pressão, uniformemente pela
largura da máquina sobre o feltro.
O sistema resume-se em:
- Chuveiros de baixa pressão,
- Chuveiros de alta pressão
- Sistema de vácuo e caixas de sucção.
1.4.1.1. Chuveiros de baixa pressão
Freitas (2001), escreve que os chuveiros de baixa pressão têm funções específicas
no sistema de condicionamento dos feltros. Em algumas aplicações existem três tipos de
chuveiros de baixa pressão: o chuveiro de inundação (baixa pressão e alta vazão), o de
lubrificação e o chuveiro para aplicação de produto químico. O sistema fornece água a estes
chuveiros, a uma pressão entre 3 a 5 kgf/cm2, e a água é distribuida sobre o feltro através de
bicos.
Neum (1999), escreve que o dimensionamento de um chuveiro leva em
consideração a vazão total de água necessária, o número de bicos e o diâmetro. Por outro
lado, os bicos são fabricados de forma que apliquem água em forma de leque, e existem
padrões de aplicação. Todo o bico tem uma largura padrão nominal, normalmente definido
como um ângulo. Este ângulo é formado a partir de um orifício e direcionado a um ponto
no feltro. A cobertura de fluxo se esparrama uniformemente daquele ponto externo para o
tecido. A figura 19 é uma ilustração deste conceito. A largura de cobertura é calculada
como:
35
Figura 19– Bico leque de 45º
Neum (1999), faz considerações sobre as variações de perfil dentro de cada bico,
ou seja, existem variações de fluxo admissíveis em cada bico que podem provocar variações
na aplicação de água sobre o feltro. A largura nominal efetiva não importa muito, pois o
fluxo no bico é maior nas extremidades. Compondo esta incerteza com a dependência da
largura do leque sob pressão: o padrão tende a fechar ou adquire uma condição de neblina
com a pressão muito baixa ou muito alta, respectivamente. A figura 20 mostra o
comportamento do bico leque e os limites a serem observados no projeto do feltro.
Normalmente são espaçados bicos em um tubo para a largura padrão comum e dois
bicos mais estreitos terminam lado a lado, uma faixa seca acontecerá. Enquanto faixas
molhadas são indesejáveis, secas são absolutamente inaceitáveis. Então, são espaçados bicos
à largura de sobreposição. Em outras palavras, os padrões são sobrepostos a maioria do
tempo. Este é um método bastante conservador e muito convencional de projetar o chuveiro:
impedir faixas secas.
Largura de cobertura = (distância entre bicos até o feltro) x tan (ângulo/2)
300 mm 450
Bico
Feltro
125 mm
36
Figura 20– Zona de incerteza de fluxo no bico leque.
Neum (1999), comenta ainda, que um modo fácil para eliminar estas variações de
pico-para-pico é oscilar o chuveiro. As figuras 21 e 22 ilustram o mesmo chuveiro, porém
com oscilação para o 2º caso. Nota-se que as variações locais permanecem as mesmas. A
diferença é que os picos são reduzidos e as áreas adjacentes são cobertas de forma que as
variações líquidas são bastante reduzidas.
Freitas (2001), também comenta a necessidade de que todos os chuveiros leques
deveriam ser oscilantes para evitar a formação de faixas no feltro. Porém, como a oscilação
de chuveiros é bastante onerosa, dos chuveiros estacionários a melhor distribuição é
conseguida com os bicos formando ângulo inclinado, com o inconveniente de que o
consumo de água pode ser acima do necessário. Observa-se na figura 21, um perfil típico de
distribuição de água pelos bicos leque. Os picos observados são oriundos das zonas de
incerteza de cada bico, onde ocorre uma sobreposição com seu adjacente.
O chuveiro de inundação tem a função de fornecer água necessária ao
feltro para facilitar a retirada das impurezas pelas caixas de sucção. São chuveiros
com bicos “tipo leque” localizado no lado interno do feltro. Estes chuveiros podem
ser estacionários ou oscilantes, com os leques do chuveiro formando ângulo de 30 a
60º, dependendo da quantidade de água necessária e tipos de bicos utilizados.
.
"zonas de
incerteza”
média
máximo
minimo
37
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
Figura 21– Distribuição de água através dos chuveiros tipo leque com bicos de 45º, 150 mm de
distância entre bicos, sobreposição de 12 mm entre os bicos e sem oscilação
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
Figura 22– Distribuição de água através dos chuveiros tipo leque com bicos de 45º, 150 mm de
distância entre bicos, sobreposição de 12 mm entre os bicos e com oscilação
A utilização destes chuveiros vem diminuindo gradativamente visando a economia
de água. Dependendo da necessidade de seu uso em posições críticas de entupimento, como
o feltro pick-up , pegador da máquina Yankee, 1º feltro superior de prensas com duplo feltro
e outras posições de máquinas que utilizam aparas, este chuveiro deve ser posicionado de
modo que o jato de água atinja o nip formado entre o feltro e um rolo guia interno,
imediatamente anterior à caixa de sucção. Pelo efeito de cunha hidráulica, as impurezas são
forçadas para o lado externo do feltro facilitando a retirada destas, pela caixa de sucção.
38
Com isto, ocorre uma melhor homogeneização e distribuição evitando a formação de faixas
no feltro devido à falta ou excesso de água.
O chuveiro de lubrificação, tem a finalidade de reduzir o atrito entre a cobertura
da caixa de sucção e o feltro evitando o desgaste. Isto é conseguido com um filme de água
formado entre a face externa do feltro e a cobertura da caixa. Outra função deste chuveiro,
não menos importante, é o efeito de selagem, de acordo com a teoria de DeCrosta (detalhada
no item “caixa de sucção”). Estes chuveiros estão localizados na parte externa do feltro,
imediatamente antes e entre as caixas de sucção. Os bicos são do tipo leque formando
ângulo de 90 a 120º, dependendo do tipo de bico e volume de água requerido.
1.4.1.2. Chuveiros de alta pressão
Estes chuveiros têm a função de abrir canais nas últimas camadas de manta do
feltro em contato com a folha de papel (superfície externa do feltro). Nessas condições a
ação do produto químico e a remoção dos materiais de entupimento pelas caixas de sucção
serão mais eficazes.
Estudos efetuados pela Albany-Nordiska em conjunto com a AES (Albany
Engenharia de Sistemas), concluíram que para a correta aplicação destes chuveiros, deve ser
considerado o dimensionamento correto dos parâmetros que influem na eficiência de um
chuveiro de alta pressão. Os parâmetros analisados nesta experiência foram os seguintes:
- Distância do bico ao feltro,
- Pressão da água,
- Diâmetro do bico,
- Temperatura da água,
- Ângulo do jato,
- Freqüencia de oscilação
a) Distância do bico ao feltro
Neum (1999), escreve que, enquanto são projetados bicos leques e bicos agulha
para borrifar água, os mecanismos e funções dos chuveiros são muito diferentes. Chuveiros
de bicos leque levam água ao feltro. O bico agulha usa a água como um veículo para aplicar
energia de limpeza no feltro e com isso desalojar contaminantes.
Foi provado que o mecanismo jato/agulha a alta pressão tem a função de aplicar
força. Pode ser determinada a energia de um fluxo de água com uma relação simples:
39
E ====12
mv2
onde E é energia, m é massa, e v é velocidade da partícula. A limpeza local é determinada
pela energia instantânea aplicada.
Para um determinado orifício de diâmetro fixo, o parâmetro operacional que
determina fluxo de massa e velocidade é a pressão. (Isto assume outros fatores como
viscosidade sendo constante, uma suposição justa para este sistema.)
A figura 23 ilustra as quatro zonas de um jato de agulha. O jato que sai do bico é,
inicialmente, homogêneo e com fluxo laminar. Os efeitos na extremidade começam a ficar
significantes, o fluxo começa a ficar turbulento, e o perfil de velocidade fica mais desigual.
Na segunda zona, o fluxo começa a se contrair. Na terceira zona, ar começa a misturar-se
com a água e o fluxo torna-se em duas fases, mas ainda permanece razoavelmente
concentrado. Eventualmente, na última zona o fluxo começa a dispersar e o jato fica
ineficaz.
Figura 23– Eficácia do chuveiro x distância do feltro
Experiências mostraram que o ponto mais efetivo de limpeza está entre as zonas 2 e
3, depois que o jato contraí-se, mas antes de estar espalhado, e enquanto o fluxo está em
duas fases. Este ponto proporcionará a maior capacidade de abertura dos poros do feltro, e
conseqüentemente, melhor limpeza, aumento da permeabilidade e evitando o adensamento
das camadas da manta.
Freitas (2001), mostra na figura 24, o efeito na permeabilidade do feltro em
relação ao tempo, para diferentes distâncias em duas pressões diferentes, (2 e 4 MPa). A
figura 25 mostra um perfil de espessura do feltro expondo-o a diferentes situações de
4
1 2 3
40
distância e a figura 26 mostra o perfil do jato com a melhor distância para uma limpeza
eficiente.
Figura 24– Efeito na permeabilidade do feltro em relação a distância dos bicos
Figura 25– Efeito da distância do chuveiro na espessura do feltro
Sem chuveiro de
alta pressão
400 mm de
distância
50 mm de
distância
41
Figura 26– Perfil do jato e distância ótima para uma limpeza eficiente.
b) – Pressão da água
O aumento da pressão da água de 10 para 20 kgf/cm2, resulta no aumento da
permeabilidade do feltro até determinado tempo. Após 30 minutos a permeabilidade
mantém-se constante. A figura 27 mostra o aumento da permeabilidade do feltro, em
função do aumento da pressão da água. A distância foi mantida em 400 mm e a temperatura
da água em 60 ºC.
Figura 27– Efeito da pressão do chuveiro na permeabilidade do feltro
42
c) – Diâmetro do bico
O diâmetro do bico também tem influência na eficácia de um chuveiro de alta
pressão. O aumento do diâmetro fornece maior penetração do jato na estrutura do feltro, o
que significa maior permeabilidade e espessura. No entanto, o consumo de água é maior e
existe o risco de desgaste superficial do feltro. Em determinadas posições e tipo de papel
produzido, esta condição não é permitida.
Na figura 28, observa-se o aumento da espessura do feltro para diferentes
diâmetros de bicos. A distância e a pressão foram mantidas em 400 mm e 20 kgf/cm2,
respectivamente. E, neste caso, a água estava à temperatura ambiente.
Figura 28– Efeito do diâmetro do bico na espessura do feltro
d) – Temperatura da água
A temperatura da água não deve ser muito inferior a do feltro, pois pode causar
sedimentação dos contaminantes afetando negativamente na drenagem do feltro.
Temperaturas entre 40 a 60 ºC reduzem a viscosidade da água, facilitando o desaguamento
dos contaminantes contidos na estrutura do feltro. A figura 29 mostra a influência da
43
temperatura no aumento da permeabilidade do feltro, com a distância do chuveiro em 400
mm, e pressões de 1 e 2 MPa.
Figura 29– Efeito da temperatura da água na permeabilidade do feltro
e) – Ângulo do jato O ângulo do jato é calculado em função da velocidade da máquina e pressão da
água. O jato da água do chuveiro deve ser direcionado no sentido de rotação do feltro, de
modo que a velocidade da máquina e a pressão para dar uma velocidade resultante do jato
perpendicular ao feltro. A figura 30 mostra o ângulo do jato em função da velocidade da
máquina para diversas pressões de operação.
Figura 30– Ângulo do jato x
velocidade da máquina
44
Se o jato estiver contra o sentido de rotação do feltro, ocorre um efeito de raspador,
enquanto que a favor do sentido de rotação do feltro, com ângulo acima do especificado,
ocorre o eriçamento de fibras. Este efeito é mostrado na figura 31.
Figura 31– Ângulo do jato em ralação ao sentido de giro do feltro
1- Ângulo correto: uso de toda a energia do volume de água para o efeito de limpeza,
com mínima dispersão de gotas de água.
2- Jato contra o sentido de rotação do feltro: efeito de raspador, soltando pequenas
impurezas agregadas na superfície do feltro. Não utiliza toda a força hidráulica da
água, e pode resultar em perda de fibras da superfície do feltro.
3- Ângulo incorreto: não utiliza o máximo efeito da limpeza mecânica através do
chuveiro, devido a perda considerável de volume de água. Existe grande risco de
eriçamento de fibras da superfície do feltro.
45
f) – Freqüência de oscilação
A freqüência de oscilação depende da velocidade da máquina e comprimento do
feltro, para determinado diâmetro de bico do chuveiro de alta pressão. A cada volta do feltro
o chuveiro deve percorrer o diâmetro de seu bico. Se a freqüência não estiver ajustada, a
limpeza será desigual de forma que muitos pontos do feltro serão tratados várias vezes,
enquanto que outros pontos, nenhuma vez.
O ajuste de oscilação de um chuveiro pode ser calculado pela seguinte equação:
Onde:
- N = nº de vezes que a superfície do feltro é coberta totalmente por minutos.
- T = tempo de oscilação (min).
- V = velocidade do chuveiro (m/min).
- A = amplitude de oscilação (m).
- Vo = velocidade do feltro (m/min).
- D = diâmetro do bico (m).
- c = comprimento do feltro (m).
- d = distância entre bicos (m).
Outra fórmula utilizada para ajuste do oscilador é mais simples e leva em
consideração a velocidade do feltro, o diâmetro do bico do chuveiro de alta pressão e o
perímetro do feltro. A equação calcula a velocidade de oscilação do chuveiro.
A figura 32 mostra o efeito da oscilação na limpeza do feltro. O quadro da
esquerda mostra uma situação incorreta de oscilação, provocando regiões mais limpas que
outras, enquanto que o da direita mostra uma situação ideal.
= N= 2
T
V
A
Vo x D
c x d =
Velocidade do
oscilador (mm/min)
Velocidade do feltro (m/min) x diâmetro do bico (mm)
Comprimento do feltro (m) =
46
Figura 32– Efeito da oscilação do chuveiro na limpeza do feltro
1.4.1.3. Sistema de vácuo e caixas de sucção
Freitas (2001) diz que as caixas de sucção tem a função de desaguar
eficientemente o feltro removendo as impurezas de sua estrutura, ou seja, o feltro deve
retornar ao nip com conteúdo de umidade e volume vazio adequados para boa eficiência de
prensagem.
DeCrosta nos anos 70, analisou o desaguamento do feltro através das caixas de
sucção, em uma máquina piloto para 7 tipos de feltros.
Em função das variáveis independentes: relação água/feltro antes da caixa de
sucção, permeabilidade ao ar do feltro, vácuo, velocidade da máquina e largura das fendas,
foram calculadas as variáveis dependentes de fluxo específico e relação água feltro após a
caixa de sucção. Para tal foram feitas mais de 2000 observações e determinadas as
regressões lineares das equações logarítmicas de fluxo e umidade após caixa de sucção.
(1) ln Q = a0 + a1 ln (∆P) + a2 ln (D) + a3 ln (F1) + a4 ln (P)
(1) ln F2 = b0 + b1 ln (Q) + b2 ln (∆P) + b3 ln (D) + b4 ln (F1)
onde:
0,069 (∆P) 0,476 (D) 0,110 (P) 0,916
(F1)0,626
Q =
1,23 (F1)0,819
(Q)0,024 (∆P)0,124 (D)0,096 F2 =
47
Sendo:
P = permeabilidade ao ar do feltro seco (CFM/ft2)
F1 = relação água/feltro do feltro antes da caixa de sucção (lb H2O/lb feltro)
F2 = relação água feltro do feltro após a caixa de sucção (lb H2O/lb feltro)
Q = fluxo específico de ar (CFM/in2)
∆P = diferencial de vácuo na caixa de sucção (“Hg)
D = tempo de permanência na fenda da caixa de vácuo.
As experiências realizadas concluíram que os principais fatores que afetam o
desaguamento de um feltro através da caixa de sucção são:
1 – Tipo de construção do feltro
2 – Umidade do feltro antes da caixa de vácuo
3 – Tempo de permanência na fenda da caixa de vácuo
4 – Força motriz aplicada na caixa de sucção.
O modelo matemático de DeCrosta foi de grande valia para o conhecimento das
variáveis que influenciam no desaguamento de um feltro, no entanto, este modelo deveria
ser modificado para as condições atuais de estilos e gramaturas de feltros. Com a ampliação
do range das variáveis independentes seria determinada a “nova equação de DeCrosta” para
o cálculo do fluxo específico de ar e desaguamento de um feltro na caixa de sucção.
A equação modificada de DeCrosta, após as experiências de campo, ficou assim:
Onde:
Sendo: - Lf = largura do feltro na caixa
- Lft = largura total das fendas
- ∆P = diferencial de vácuo
- m1 = relação água/feltro antes da caixa de vácuo
- P = permeabilidade do feltro novo
Baseado nestes conhecimentos e experiências de campo, sabe-se da importância do
projeto correto do condicionamento de um feltro através das caixas de sucção.
Vtotal = V’ x Lf
{Ltf (34,10 √∆P – 97,98 m1 + 1,105P) + 95,93m1 – 55,91}
8 V’=
48
Para estimar corretamente o fluxo específico de ar e tempo de permanência que um
feltro requer para desaguamento e limpeza eficientes, deve-se conhecer a matéria prima e
papel produzidos, estilo e gramatura de feltros e o conceito de prensagem a que os mesmos
estão aplicados para velocidade máxima da máquina.
Para Freitas (2001), um dos fatores mais importantes a ser considerado para o
cálculo do fluxo de ar é o tempo de permanência. Quanto maior for o tempo para
condicionamento do feltro a uma força motriz média especificada, melhor a eficiência de
desaguamento, e conseqüentemente, mais efetivos serão os recursos utilizados para limpeza
dos contaminantes presentes no feltro. Para máquinas de alta velocidade, experiências de
campo demonstraram que nas primeiras posições (pick up e 1ª prensa), os valores de tempo
de permanência devem ser fixados entre 2 a 4 milisegundos (ms). Valores abaixo de 2 ms e
caixas de sucção inferiores a 11 mm, propiciam um condicionamento pobre, mesmo que a
força motriz esteja nos níveis recomendados. Em função da espessura do feltro e velocidade
da máquina, caixas de sucção com fendas estreitas formam pontes, em detrimento ao
desaguamento do feltro.
A figura 33 representa o efeito provocado pela formação de pontes na caixa de
sucção. Na caixa com fenda dupla verifica-se a interrupção no processo de remoção da
água, nivelando as curvas que possuem acentuada tendência em direção à face externa do
feltro. Já na caixa de fenda única com a mesma largura útil total, o desaguamento é contínuo
e mais eficaz.
Figura 33– Desaguamento nas caixas de vácuo.
49
O fluxo específico de ar necessário para prover desaguamento eficiente para o
tempo de permanência fixado, pode ser calculado por diferentes caminhos:
a) – Estimando o valor da força motriz entre o range de 60 a 95 l/cm2/min como regra
geral, de acordo com a gramatura e espessura de feltros multilajes.
b) – Através da equação modificada de DeCrosta.
c) – Considerando uma velocidade de ar dentro da caixa de sucção entre 8 e 14 m/s.
Qualquer um dos métodos escolhidos resultará em valores próximos e de acordo com o
requerido pelo feltro para uma boa eficiência de desaguamento
O tempo de permanência a ser fixado depende da posição em que o feltro
está aplicado e sua probabilidade de entupimento, a matéria prima e aditivos químico/cargas
utilizados no processo de fabricação. Baseado no conhecimento destes fatores e as
experiências de campo, pode-se estimar os seguintes tempos de permanência necessários
para a limpeza e desaguamento do feltro, mostrados na tabela 5:
Tabela 5– Tempo de permanência do feltro na caixa de sucção, em milisegundos.
Pick-up 1ª Prensa 2ª Prensa 3ª e/ou 4ª
Prensas
Papéis de
embalagem NA 3,0 a 6,0 3,0 a 5,0 2,0 a 4,0
Papéis de imprimir
e escrever 2,5 a 3,5 3,0 a 4,0 NA 0 a 2,0
Secagem de
celulose NA 6,0 a 8,0 4,0 a 6,0 4,0 a 6,0
Papéis Tissue 2,5 a 3,5 2,0 a 3,0 NA NA
O range dos valores estimados para o tempo de permanência, está relacionado ao
tipo de matéria prima utilizada (fibra virgem ou reciclada), ao processo de tratamento da
polpa, cargas e aditivos químicos usados na fabricação do papel.
Portanto pode-se calcular a vazão de ar necessária para o desaguamento do feltro
pelos métodos citados anteriormente, fixando-se o tempo de permanência e considerando as
variáveis embutidas nos métodos para cálculo do fluxo de ar. Desta forma as equações
abaixo podem ser utilizadas.
50
- Considerando o fluxo específico de ar entre 60 a 95 l/cm2/min:
- Considerando uma velocidade média dentro da caixa de sucção entre 8 a 12 m/s:
e
Sendo:
- A = Área total das caixas de vácuo
- Vk = fluxo específico padrão
- Lf = largura do feltro
- Tp = Tempo de permanência
- Vm = velocidade da máquina
Segundo Ferme (1994), o condicionamento dos feltros deve ser tratado como um
sub-sistema do sistema de vácuo da máquina de papel, tal sua importância. Salienta ainda a
necessidade de harmonização entre os elementos de condicionamento (chuveiros, caixas de
vácuo, osciladores, separadores ar/água e bombas de vácuo), e que as bombas de vácuo
devem ser individualizadas para cada feltro. O tempo de permanência (ou “dwell time”)
mínimo de 2 milisegundos deve ser assegurado para um bom condicionamento do feltro. A
figura 34 mostra uma relação da abertura das ranhuras dentro da faixa entre 2 a 4
milisegundos, com diferentes velocidades de operação da máquina.
Ferme (1994) comenta ainda, que existem 3 tipos de pistas de deslizamento das
caixas de sucção: de ranhura única; de ranhura dupla e placa com fendas tipo “espinha de
peixe”. Estas coberturas para as caixas de sucção são fabricadas em polietileno de ultra-alta
densidade ou, em máquinas mais rápidas, de cerâmica tipo zircônia.
É comum o uso de duas caixas de sucção no condicionamento dos feltros,
principalmente nas posições pick up e 1ª prensa. A primeira caixa tem a função de auxiliar a
lavagem e a segunda, para a secagem do feltro. Em ambas é necessário a instalação de
chuveiros de lubrificação.
Vtotal = Vk xA
Vtotal = V’ x Lf V’= Vk x Tp x Vm
51
Figura 34– Seleção da largura da ranhura em função da velocidade
1.4.2. Limpeza Química
De acordo com Paulapuro (2000), um dos princípios para uso da limpeza química
dos feltros, é a remoção dos contaminantes para a manutenção da sua capacidade de
desaguamento.. Além disto, muitas substâncias químicas agem como surfactantes e reduzem
a resistência ao fluxo da água no feltro, provocando inconvenientes como picks na folha
durante a passagem pelo nip e dificuldade de desaguamento na caixa de sucção.
O melhor modo para determinar qual o procedimento de limpeza química, deve ser
um trabalho conjunto com os fornecedores dos feltros e dos produtos químicos. Desta
forma, segundo Paulapuro, podem ser feitas recomendações específicas buscando o melhor
desempenho do sistema químico. Existem quatro métodos para a limpeza química:
condicionamento químico contínuo, condicionamento químico intermitente, limpeza batch e
limpeza “batch on the fly”.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 250 500 750 1000 1250 1500
Velocidade da máquina (m/min)
Lar
gura
da
ranh
ura
(mm
)
Zona ótima de
Operação
Dwell time = 0,004
Dwell time = 0,002
Gráfico de seleção da ranhura das caixas de sucção
52
1.4.2.1. Condicionamento químico contínuo
De acordo com Buccieri (2002), o condicionamento químico contínuo é um
método utilizado preventivamente ao longo da vida do feltro, evitando a sua contaminação.
Este método é o mais efetivo para prover desempenho constante do feltro. Os produtos
químicos para o condicionamento podem ser alimentados por chuveiros de alta pressão ou
baixa pressão, dependendo da recomendação do fornecedor dos produtos. As substâncias
químicas são freqüentemente, utilizadas a baixas dosagens, visto que o pH da superfície do
feltro é alterado e pode, em aplicações excessivas, provocar problemas operacionais ao
entrar em contato com a folha de papel. Este sistema está se tornando, rapidamente, um
padrão para máquinas de papel, especialmente as que utilizam fibras recicladas.
1.4.2.2. Limpeza química intermitente
O condicionamento químico intermitente é utilizado em condições quando os
problemas na seção das prensas não são muito severos. Este método não é tão eficiente
quanto o condicionamento químico contínuo, mas é efetivo o bastante para prevenir a
contaminação dos feltros. Os agentes químicos são aplicados em chuveiros, também em
baixas dosagens, por um tempo específico e dentro de uma freqüência específica.
1.4.2.3. Limpeza batch
A parada para limpeza química dos feltros, ou limpeza batch, é executada na
maioria das máquinas de papel. É um método normalmente utilizado para remover os
contaminantes que se depositam na estrutura do feltro durante o seu uso. Paulapuro relata
que a vantagem de se fazer parada para limpeza, é o uso de substância química forte, por um
curto espaço de tempo, sem provocar distúrbios no sistema de águas da máquina. A escolha
de um produto ácido ou alcalino juntamente com algum detergente, depende do tipo de
contaminantes encontrados no feltro. Normalmente a limpeza é efetuada com chuveiros e as
prensas em baixa velocidade.
Este procedimento requer necessariamente, interrupção da produção. Daí a
necessidade e interesse em se desenvolver novas tecnologias de limpeza dos feltros,
buscando redução do tempo improdutivo das máquinas.
53
1.4.2.4. Limpeza batch on the fly
Buccieri (2002), comenta ainda, que a limpeza BOTF (batch on the fly), é uma
derivação do sistema de limpeza intermitente. É a mais recente inovação da limpeza
química de feltros. O BOTF é efetuado com a máquina em produção, e é recomendado para
casos mais severos de entupimento e em conjunto com a limpeza química contínua. Um
fator crítico de sucesso desta aplicação, é o eficiente controle de concentração do produto
químico: deve ser concentrado o bastante para prover uma limpeza adequada e, ao mesmo
tempo, não introduzir outros problemas como quebras da folha, queda de colagem do papel
e alterações na cor.
54
1.5. Monitoramento das prensas
A performance do setor de prensagem tem um impacto significativo na eficiência e
no andamento da Máquina de Papel. O ganho de teor seco da folha é o principal indicador
da eficiência das prensas úmidas. Algumas técnicas são utilizadas atualmente para medir a
umidade da folha após a prensagem, tomando amostra da folha e medindo através de
microondas, infravermelho e gama gauge.
Infelizmente, o setor de prensas das máquinas modernas não possuem passes
abertos e, portanto, a medição da umidade da folha fica prejudicada e conseqüentemente, a
análise de performance no setor, também. Assim, a análise fica restrita à verificação do
balanço de água nas prensas e no consumo de energia do setor de secagem da Máquina de
Papel.
Desta forma, e como modo auxiliar de monitoramento e antecipação dos problemas
de performance, é comum as medições e acompanhamento das condições dos feltros. As
principais características monitoradas nos feltros são o volume ativo, permeabilidade, perfil
de umidade, remoção de água pelas caixas de vácuo e, ocasionalmente, medição da
vibração.
1.5.1. Análise do feltro em máquina
Paulapuro (2000), comenta que perfil úmido transversal do feltro tem sido um
dos maiores problemas da Máquina de Papel. A medição do perfil úmido pode ser utilizado
para diagnósticos de problemas típicos do setor das prensas, tais como abaulamento
inadequado dos rolos, defeitos no revestimento, pressões de trabalho inadequadas e
problemas de condicionamento dos feltros. Usualmente, faz-se duas medições: uma antes e
outra após a caixa de sucção e chuveiros de limpeza. Isto possibilita a detecção de
problemas relacionados ao condicionamento.
O SCAMPRO PRESS TUNER é o equipamento mais comumente utilizado na
medição do perfil úmido do feltro, no seu sentido transversal em relação à máquina. Durante
a medição o instrumento é operado manualmente, varrendo o feltro. A medição da
quantidade de água baseia-se na ressonância de microondas emitidas pelo aparelho.
Outros instrumentos são utilizados, como o micrômetro apalpador, para medir a
espessura do feltro; o vacuômetro, para medir o diferencial de vácuo na caixa de sucção e o
55
anemômetro, para medir a velocidade do ar que atravessa o feltro para a fenda da caixa de
sucção. Com os dados obtidos é possível uma análise de outros fatores importantes como a
relação água/feltro, volume ativo, permeabilidade dinâmica, fluxo específico de ar e tempo
de permanência.
1.5.2. Análises de feltros utilizados
A análise dos feltros utilizados é um serviço associado às vendas do feltro e dos
produtos químicos para condicionamento, e efetuado nos laboratórios dos fornecedores.
Estas análises têm como objetivo fornecer dados, a partir dos resultados obtidos, sobre as
condições operacionais das prensas e dos feltros. São importantes do ponto de vista de
antecipação ou correção de problemas operacionais.
Os principais testes são a inspeção visual; determinação do material de
entupimento residual do feltro; resistência à tração; perfis de gramatura, espessura e
permeabilidade e ainda a determinação da viscosidade intrínseca.
1.5.2.1. Inspeção Visual
Esta análise verifica o estado geral da amostra retornada ao laboratório, tais como
faixas de desgaste, furos, manchas e demais anormalidades. O resultado obtido sugere testes
específicos e localizados no feltro, definindo com isto, sugestões de melhorias no sistema de
condicionamento da máquina.
1.5.2.2. Determinação do material de entupimento residual no feltro
Esta análise tem por objetivo determinar o grau de entupimento do feltro no final
de sua vida útil. Podem ser utilizadas metodologias buscando a determinação quantitativa e
qualitativa do material de entupimento.
A análise quantitativa é uma rotina nos laboratórios dos fornecedores de feltros,
que buscam manter histórico do grau de entupimento dos feltros utilizados. Os
contaminantes são divididos em 5 grupos: solúveis em álcali; finos de papel; cinzas;
extraíveis e resinas para resistência úmida (citados no item 1.3.1).
A análise qualitativa requer equipamentos mais sofisticados a base de infra-
vermelho, capazes de comparar os contaminantes encontrados com um prévio histórico das
matérias-primas utilizadas no processo, de cada máquina de papel a ser monitorada. Estes
equipamentos estão disponíveis nos laboratórios dos fornecedores de produtos químicos. É
56
uma análise mais apurada e faz um desmembramento dos grupos de contaminantes,
principalmente os orgânicos e inorgânicos. Os resultados obtidos subsidiam melhorias no
condicionamento químico, adequando os produtos utilizados nos feltros, com os
contaminantes encontrados.
As tabelas 6 e 7 mostram uma análise qualitativa típica encontrada nos feltros.
Vale ressaltar que estas tabelas tem a finalidade de exemplificar, não servindo como regra.
1.5.2.3. Determinação da resistência a tração
As condições de operação de um feltro são bastante severas: o tecido fica
constantemente sob efeito de tração, para manter estabilidade na entrada do nip; e
compressão, durante o tempo de residência no nip.
A determinação da resistência a tração fornece ao fabricante do feltro informações
de desgaste e também, da severidade operacional a que foi submetido. Ao comparar com a
contra-amostra do feltro novo, pode sugerir ao fabricante de papel um incremento da vida
útil, mantendo o feltro por mais tempo em máquina. Por outro lado, quando o grau de
conservação da resistência do feltro for muito baixa, pode disparar ações junto ao cliente,
investigando problemas potenciais na máquina de papel; e ainda fazer modificações na
concepção do feltro, melhorando a qualidade da matéria prima ou dos processos de
fabricação.
1.5.2.4. Determinação dos perfis de gramatura, espessura e permeabilidade do feltro
Nesta análise, o objetivo é gerar perfis transversais das propriedades de gramatura,
permeabilidade, massa específica e espessura do feltro utilizado, comparando com valores
da amostra do feltro novo e determinar percentuais de conservação das características físicas
da amostra.
Este teste contribui para a verificação de problemas relacionados com as réguas das
caixas de vácuo, partes estáticas e que afetam a resistência do feltro pelo atrito e desgaste.
57
Tabela 6– Exemplo de alguns produtos comumente encontrados em uma análise qualitativa de contaminantes de feltros
Parcela Orgânica Descrição Fonte Comentários
AKD ou decomposição de
produtos do AKD
Ácidos orgânicos, cadeias longas de hidro
carbonos e cadeias longas de ketonas Cola AKD Comum em cola AKD hidrolisada
ASA Sais de ácidos orgânicos Cola ASA Cola ASA hidrolisada
Anidrido Ácido Cola ASA e cola de breu fortificado
Alcoóis Antiespumante e pich da madeira Antiespumante e madeiras de fibra
curta
Hidrocarbonetos aromáticos Latex para revestimentos e contatos adesivos SBR látex/copolímeros
Hidrocarbonetos aromáticos são
reportados quando o estireno-
butadieno não é claramente
identificado
Material Celulósico Celulose e amidos
Corantes Corantes
Esteres graxos Pitch de madeira Madeiras de fibra longa e fibra
curta -
Ácidos graxos Pitch da madeira Madeiras de fibra longa e curta e
tail oil
58
Tabela 7- Exemplo de alguns produtos comumente encontrados em uma análise qualitativa de contaminantes de feltros
Parcela Inorgânica Fonte Comentários
Alumínio e hidróxido de alumínio Sulfato de alumínio Uso no tratamento de águas, e
controle de pH
Alumínio Alumínio, aluminato de sódio, policloreto de alumínio
Fosfato de alumínio Fontes de alumínio combinando com fósforo
Alumínio combinando com
ortofosfato presente na água, em
uma proporção de 1.4 de P2O5
para 1 Al2O3
Cálcio Água, madeira e licor branco
Parcelas como carbonato de cálcio,
oxalato de cálcio e sulfato de
calcio
Caulim Carga mineral da parte úmida, fibras recicladas e coatings
Caulim é um silicato de alumínio
combinado a uma proporção de 1,2
SiO2 para Al2O3
Cobre Rolo couch ou partes internas dos rolos de sucção Resultado de corrosão
Ferro Água e madeira Elementar se a amostra não for
magnética
Magnésio Talco Controle de deposição de pitch
59
1.5.3. Vibração das Prensas
Paulapuro (2000), afirma que toda a máquina giratória tem uma tendência a
vibrar. Rolos, eixos, engrenagens, acoplamentos e feltros podem causar vibração, a
freqüências que podem ser prejudiciais à operação de uma seção de prensas. No pior caso,
uma vibração severa pode causar parada da máquina fora do programado, devido a
fracassos inesperados do equipamento. Então, monitorar a vibração se tornou
procedimento padrão na indústria de papel. Hoje em dia, muitos fabricantes de papel
instalam sistemas permanentes que monitoram o equipamento. São sensores colocados nas
partes sensíveis dos rolos, que registram a vibração continuamente e apresentam a
evolução com o tempo.
Muitos fabricantes de feltros realizam este serviço com o objetivo de analisar as
vibrações totais do setor de prensas, e a partir daí fazer uma estratificação buscando as
causas principais, e o percentual de participação dos feltros, rolos das prensas e rolos guias
feltro, do total medido.
A vibração pode ser causada através de problemas mecânicos da máquina; os
rolos das prensas; ou ainda o próprio feltro. Os problemas típicos são: rolamentos do eixo
dos rolos; balanceamento dos rolos; revestimento facetado ou gasto; volume vazio do feltro
insuficiente; projeto do feltro inadequado para a posição das prensas e ainda forças
hidráulicas excessivas no nip de prensagem.
60
2. Materiais e Métodos
A busca de melhorias no condicionamento de feltros deve ser uma preocupação
constante de Técnicos e Engenheiros da produção, pois o desempenho do setor de prensas
está diretamente relacionado ao custo final de fabricação; quer seja pelo desempenho dos
equipamentos e materiais ou então pela qualidade final do papel.
Conceitualmente, o condicionamento mecânico dos feltros, efetuado pelos
chuveiros de alta e baixa pressão e pelas caixas de sucção, deveriam estar conformes ao
projeto da máquina, e este por sua vez, estar de acordo com as melhores práticas e
recomendações de uso. Mas não é assim que ocorre. Por razões diversas, é comum
encontrar problemas de posicionamento dos chuveiros de alta e baixa pressão, com ângulos
de atuação sobre o feltro completamente fora dos padrões e distâncias do feltro também
com problemas.
Para uma boa análise do condicionamento, é necessário o conhecimento das
técnicas adotadas no condicionamento mecânico e análises efetuadas nos feltros buscando
avaliar a eficácia do condicionamento químico. Este capítulo descreve uma metodologia
para análise do condicionamento de feltros do setor de prensas. Um roteiro a ser seguido,
buscando na bibliografia citada, base de comparação da máquina em estudo com as
melhores práticas encontradas no mercado.
2.1. Análise do Condicionamento Mecânico
O item 1.4.1 da revisão bibliográfica descreve a limpeza mecânica dos feltros,
detalhando os componentes do sistema de limpeza e os efeitos, no feltro, das variáveis
envolvidas. A análise do condicionamento deve contemplar ainda, as condições de
qualidade da água utilizada e as condições operacionais dos chuveiros e caixas de sucção.
Uma configuração típica dos equipamentos utilizados na limpeza mecânica é mostrada na
figura 35.
A análise tem início avaliando a quantidade e posição destes equipamentos. É
importante ressaltar que a configuração ideal nem sempre é possível devido ao lay out da
máquina e condições operacionais dos chuveiros e caixas de vácuo. Porém, a análise é
válida para buscar soluções alternativas dos problemas encontrados. Nem sempre uma
61
relocação física é possível, mas um ajuste fino em posicionamento ou em condições
operacionais pode ser uma alternativa de melhoria do sistema.
Figura 35– Configuração típica dos equipamentos de limpeza mecânica de feltros
2.1.1. Qualidade da água
A boa qualidade da água para os chuveiros influencia muito o desempenho e
funcionamento dos bicos. Conhecer o tipo de água utilizada pode contribuir na escolha do
tipo de bico em cada um dos diferentes chuveiros do sistema, e ainda na decisão do uso de
filtros no circuito de suprimento de água. A tabela 8 mostra itens a serem analisados.
2.1.2. Chuveiros
A questão dos chuveiros deve ser muito bem analisada pela importância destes no
sistema de condicionamento. Interferem tanto nas condições operacionais, quanto no
1 – Chuveiro químico ou alta vazão
2 – Chuveiro de alta pressão
3 – Chuveiro de lubrificação
4 – Caixa de sucção.
62
desempenho do condicionamento químico. Os itens a seguir devem ser listados e avaliados
em uma análise do sistema de condicionamento de feltros.
Tabela 8– Itens a serem analisados na água de suprimento dos chuveiros
Item Unidades pH -
Temperatura ºC
Condutividade µs
Turbidez NTU
Alcalinidade total ppm CaCO3
Dureza total ppm
Dureza alcalina ppm
Cloro ppm
Cloreto ppm Cl
Sílica ppm SiO2
Sulfato ppm
Ferro total ppm
Potássio ppm
Sódio ppm
Alumínio ppm
Matéria orgânica ppm
2.1.2.1. Chuveiros de alta pressão
a) Bicos: - Distância entre bicos
- Diâmetro do orifício
- Vazão
b) Oscilador: - Tipo
- Velocidades máxima e mínima
c) Pressão de operação
d) Posição: - Lado interno/externo
- Ângulo de ataque do jato
- Distância do feltro
63
e) Operação: - Contínua ou intermitente
- Temperatura da água
- Regulagem de pressão
2.1.2.2. Chuveiros de baixa pressão
a) Bicos: - Distância entre bicos
- Diâmetro do orifício
- Vazão
- Ângulo de abertura do leque
b) Oscilador: - Sim ou não
- Tipo
- Velocidades máxima e mínima
c) Pressão de operação
d) Posição: - Distância do feltro
- Direção do leque (direto ou indireto ao feltro)
e) Operação: - Tipo de água utilizada
- Temperatura da água
2.1.2.3. Chuveiro de químicos
a) Bicos: - Distância entre bicos
- Diâmetro do orifício
- Vazão
b) Oscilador: - Sim ou não
- Tipo
- Velocidades máxima e mínima
c) Operação: - Contínuo
- Intermitente
- BOTF
- Pressão
- Temperatura
d) Posição: - Lado interno/externo
- Distância do feltro
64
2.1.3. Raspadores dos rolos guia feltro
a) – Tipo de raspador
b) – Tipo de raspa
c) – Perfil de desgaste da raspa
d) – Vida útil
2.1.4. Sistema de vácuo
a) – Quantidade de caixas de sucção
b) – Fendas: - número
- abertura
c) – Diferencial de vácuo
d) – Vazão de ar
e) – Vazão de água
2.2. Análise do feltro em máquina
Um bom acompanhamento das condições do feltro durante sua vida útil, pode
prevenir e/ou corrigir muitos problemas decorrentes do condicionamento. Além das
medidas corretivas imediatas que podem ser tomadas, é possível fazer um histórico sobre
as condições de condicionamento e desempenho dos feltros, para cada posição das prensas,
contribuindo desta forma, com o desenvolvimento de novos projetos de feltros.
A tabela 9 demostra uma lista de verificação com os itens obtidos através das
medições com o SCAMPRO PRESS TUNER, o anemômetro, o micrômetro, o vacuômetro
e ainda algumas leituras de instrumentos de campo, da máquina de papel. Estes itens são
necessários para uma análise das condições operacionais do feltro e do seu
condicionamento.
65
Tabela 9– Lista de verificação para análise do feltro e seu condicionamento.
Item unidade Fonte
Espessura g/m² Micrômetro
Fluxo de ar mm Anemômetro
Água antes da caixa de sucção g de H2O/m² de feltro Scampro
Diferencial de vácuo mca Vacuômetro
Dimensões das fendas (nº,
largura e comprimento) mm
Medição de campo
(paquímetro)
Gramatura do feltro g/m² Dados do fornecedor
Dimensões do feltro (largura e
comprimento) m Dados do fornecedor
Velocidade da prensa m/min Painel de operação
Pressão manométrica da prensa MPa Painel de operação
Pressão linear da prensa kN/m Painel de operação
Pressão interna do rolo de
abaulamento variável kPa Painel de operação
Com os dados da tabela 9, é possível o cálculo de itens de monitoramento do
feltro, como o volume ativo, permeabilidade dinâmica, fluxo específico de ar, vazão total
de ar e tempo de permanência na caixa de vácuo.
2.2.1. Análise dos perfis de umidade do feltro
O Scampro Press Tuner gera perfis de umidade do feltro. As medições são
efetuadas antes e após as caixas de sucção, permitindo uma análise da eficiência do
condicionamento. As figuras 36 a 41 mostram perfis característicos e as interpretações
destes.
66
Figura 36– Perfil de Scampro mostrando excesso de abaulamento .
Figura 37– Perfil de Scampro mostrando falta de abaulamento.
Figura 38– Perfil de Scampro mostrando diferença de aplicação de pressão manométrica , com
menor pressão no lado FS.
67
Figura 39– Perfil de Scampro mostrando “serrilhado”, provocado por faixas de umidade. Algumas hipóteses podem ser verificadas: oscilação do chuveiro de alta pressão com problemas e baixa pressão no chuveiro de lubrificação; entre outras.
Figura 40– Perfil de Scampro “rajado”, mostrando faixas de entupimento do feltro e excesso de abaulamento
Figura 41– Perfil de Scampro com configuração adequada.
68
2.2.2. Relação água/feltro
Esta relação permite verificar quanto de água o feltro está retirando do nip, em
função do peso nominal do feltro. Baixas relações água/feltro podem indicar remoções de
água inferiores ao necessário para um bom desempenho do setor de prensagem. A relação
água/feltro é calculada pela fórmula abaixo, e a tabela 10 mostra valores mínimos
recomendados para 3 tipos de aplicação: papel cartão, celulose e papel de imprimir e
escrever.
Onde: g/m² de água corresponde ao valor medido pelo Scampro Press Tuner, na entrada do
nip, e g/m² de feltro correspondem ao peso/m² nominal do feltro.
Tabela 10– Valores mínimos de relação água/feltro
Aplicação Posição Relação água/feltro na entrada do nip (g/g)
RC/CP ~0,40
1ª prensa superior 0,35 a 0,40
1ª prensa inferior 0,35
2ª prensa 0,35
Cartão
3ª prensa 0,35
Pick up 0,25
1ª prensa 0,25
2ª prensa 0,20 a 0,23 Celulose
3ª prensa 0,20 a 0,23
Pick up 0,35
1ª prensa 0,45
2ª prensa 0,45 Imprimir e escrever
3ª prensa 0,30
2.2.3. Volume Ativo
Volume ativo (VA), é a capacidade interna do feltro em absorver água no nip. É o
valor percentual de espaços vazios no corpo do feltro. Durante sua vida útil, ocorre uma
Relação água/feltro g/m² de água
g/m² de feltro =
69
perda acentuada de volume ativo, indicando compactação e entupimento. A tabela 11
mostra valores críticos de volume ativo para operação das prensas.
Tabela 11– Valores críticos de volume ativo
Aplicação Posição Volume ativo crítico (%)
RC/CP 25
1ª prensa superior 25
1ª prensa inferior 25
2ª prensa 25
Cartão
3ª prensa 25
Pick up 20
1ª prensa 15 a 20
2ª prensa 20 Celulose
3ª prensa 20
Pick up 25
1ª prensa 25
2ª prensa 25 Imprimir e escrever
3ª prensa 25
O volume ativo é calculado relacionando espessura e gramatura do feltro pela
seguinte expressão:
Onde:
- a espessura é obtida medindo o feltro com o micrômetro,
- 1,14 é o valor da densidade do poliester.
Volume Ativo (VA)
Espessura * 1000 g/m² do feltro
1,14 * 100
Espessura * 1000
=
-
70
2.2.4. Permeabilidade dinâmica
É um parâmetro de monitoramento do feltro durante sua vida útil, relacionando a
velocidade do ar, com o diferencial de vácuo na caixa de sucção. É o volume de ar que
atravessa 1 m² de feltro em 1 minuto. Representa um forte indicador do grau de
entupimento do feltro. Valores mínimos recomendados de permeabilidade dinâmica são
apresentados na tabela 12.
Tabela 12– Valores mínimos de permeabilidade dinâmica
Aplicação Posição Permeabilidade dinâmica
(m³/m²/min)
RC/CP > 150
1ª prensa superior > 150
1ª prensa inferior > 150
2ª prensa > 150
Cartão
3ª prensa > 150
Pick up >120
1ª prensa >120
2ª prensa >120 Celulose
3ª prensa >120
Pick up > 150
1ª prensa > 120
2ª prensa > 80 Imprimir e escrever
3ª prensa > 80
A permeabilidade dinâmica (m³/m²/min) é calculada pela fórmula abaixo:
Onde,
- 103,02 e 2,89 são fatores de conversão de unidades;
= Permeabilidade
dinâmica (m³/m²/min)
103,02 * velocidade do ar
diferencial de vácuo (MCA) * 2,89
71
- velocidade do ar é obtida pelo aparelho anemômetro;
- Diferencial de vácuo é o valor medido na caixa de sucção pelo vacuômetro.
2.2.5. Fluxo específico do ar
O fluxo específico do ar é uma variável dependente do vácuo da caixa de sucção,
permeabilidade do feltro, tempo de permanência e relação água feltro antes da caixa de
sucção.
Sendo:
Q = fluxo específico de ar (CFM/in2)
∆P = diferencial de vácuo na caixa de sucção (“Hg)
D = tempo de permanência na fenda da caixa de vácuo.
P = permeabilidade ao ar do feltro seco (CFM/ft2)
F1 = relação água/feltro do feltro antes da caixa de sucção (lb H2O/lb feltro)
2.2.6. Vazão total do ar
É a quantidade de total de ar que passa pelas fendas da caixa de vácuo, em
m³/min. Valores baixos de vazão de ar podem indicar entupimento e/ou compactação do
feltro; ou então, problemas no sistema de vácuo. A vazão total de ar pode ser calculada
pela seguinte expressão:
Onde:
- fluxo específico de ar em l/cm²/min,
= Vazão total de ar (m³/min)
Fluxo específico * largura da fenda * comprimento da fenda
100.000
0,069 (∆P) 0,476 (D) 0,110 (P) 0,916
(F1)0,626
Q =
72
- largura e comprimento da fenda em mm,
- 100.000 é utilizado para conversão de unidades.
2.2.7. Tempo de permanência
O tempo de permanência no nip indica por quanto tempo, em cada revolução, o
feltro fica submetido a ação do vácuo na caixa de sucção. Estudos recentes, para máquinas
de alta velocidade, mais os trabalhos práticos, demonstram que entre 2 a 4 milisegundos,
são valores adequados para um bom condicionamento, como foi citado no item 1.4.1.3 –
sistema de vácuo.
O tempo de permanência relaciona a largura das fendas da caixa de vácuo com a
velocidade do feltro, pela seguinte fórmula:
Tempo de permanência (milisegundos)
= Largura da fenda (mm)
Velocidade da prensa (m/min) * 60
73
2.3. Análise do feltro utilizado
A análise dos feltros utilizados é um serviço associado às vendas do feltro e dos
produtos químicos para condicionamento, e efetuado nos laboratórios dos fornecedores.
Estas análises tem como objetivo fornecer dados, a partir dos resultados obtidos, sobre as
condições operacionais das prensas e dos feltros. São importantes do ponto de vista de
antecipação ou correção de problemas operacionais.
Os principais testes são a inspeção visual; determinação do material de
entupimento residual do feltro; resistência à tração; perfis de gramatura, espessura e
permeabilidade e ainda a determinação da viscosidade intrínseca.
2.3.1. Inspeção Visual
Esta análise verifica o estado geral da amostra retornada ao laboratório, tais como
faixas de desgaste, furos, manchas e demais anormalidades. O resultado obtido sugere
testes específicos e localizados no feltro, definindo com isto, sugestões de melhorias no
sistema de condicionamento da máquina. A figura 42 mostra como é efetuada esta análise.
Figura 42– Análise visual dos feltros.
2.3.2. Determinação do material de entupimento residual no feltro
Nesta análise, o objetivo é determinar o grau de entupimento do feltro no final de
sua vida útil. Os equipamentos e recursos utilizados são a balança analítica, estufa, papel
filtro, balões de fundo chato, extrator sox-let, triturador, centrifugador, bomba de vácuo e
forno mufla. É uma análise quantitativa, informando a fração de orgânicos, finos de
celulose e cinzas aderidos na amostra. Esta quantidade quando muito alta pode influenciar
na permeabilidade.
74
2.3.2.1. Amostragem
Retira-se duas amostras próximo das laterais (na área do formato do papel) e uma
do centro. Recorta-se as três amostras em tiras ao longo do seu lado maior e picotá-las.
2.3.2.2. Procedimento para extração
- Colocar o balão de extração com algumas bolinhas de ebulição e papel de filtro
na estufa a 100º C por 20 minutos.
- Dessecar o balão e o papel de filtro por 20 minutos.
- Pesar na balança eletrônica o balão e o papel.
- Pesar aproximadamente 10 g de amostra previamente retalhada e colocar dentro
do papel de filtro, levando à estufa a 100º C por 20 minutos.
- Dessecar a amostra retalhada e o papel de filtro por 20 minutos e em seguida
pesar.
- Colocar para extração nos extratores Sox-Let, utilizando um solvente composto
de três partes iguais de metanol, diclorometano e isopropanol.
- Deixar em extração por no mínimo 8 horas, ou até que a solução no extrator se
torne incolor.
- Colocar o balão com o extrato em estufa a 100º C até secagem.
- Colocar o balão com o extrato no dessecador por 20 minutos e pesar.
A figura 43 mostra o extrator Sox-let utilizado nesta análise.
Figura 43– Extrator Sox-let
75
2.3.2.3. Procedimento para determinação de finos orgânicos
- Retirar a amostra do extrator Sox-Let, secar, triturar com 500 ml de água
destilada.
- Lavar e centrifugar com água destilada, para separação de fios e fibras dos finos.
- Passar a solução contendo os finos para um béquer e decantar com o auxílio de
um catalisador.
- Colocar em estufa o papel de filtro faixa preta por 20 minutos a 100°C.
- Dessecar o papel de filtro por 20 minutos e pesar.
- Filtrar a solução contendo os finos em funil de Büschner (figura 44).
- Secar em estufa a 100°C por 20 minutos, o papel de filtro e os finos.
- Dessecar o papel de filtro mais os finos por 20 minutos e pesar.
Figura 44– Bomba de vácuo e Funil de Büschner
2.3.2.4. Procedimento para determinação de finos inorgânicos (cinzas)
- Colocar o cadinho de porcelana na mufla (figura 45), a 800°C por 60 minutos.
- Dessecar o cadinho por 60 minutos e pesar.
- Colocar o papel de filtro e os finos dentro do cadinho e levar a mufla por 60
minutos a 800°C.
- Dessecar o cadinho e as cinzas por 60 minutos e pesar.
76
Figura 45– Forno mufla
2.3.3. Determinação da resistência a tração
Esta análise tem como objetivo a determinação à resistência a tração do corpo e da
emenda de peças retornadas e comparar com a amostra nova previamente arquivada, para
determinar desgaste na amostra retornada.
2.3.3.1. Procedimento
- Iniciar as marcações dos corpos de prova (no mínimo cinco) sempre na lateral
comando (em relação ao lado de acionamento da máquina de papel) da peça, para posterior
corte e ruptura das amostras longitudinais, transversais e emenda no dinamômetro,
mostrado da figura 46.
- Posicionar as amostras longitudinais no dinamômetro, uma a uma, e acionar o
equipamento.
- Repetir a operação com as amostras transversais do feltro retornado.
- Repetir a operação com as amostras transversais e longitudinais do feltro novo.
- Fazer a leitura e retirar o relatório.
Figura 46– Dinamômetro
Instron para determinação
da resistência a tração
77
2.3.4. Determinação dos perfis de gramatura, espessura e permeabilidade do feltro
Nesta análise, o objetivo é gerar perfis transversais das propriedades de gramatura,
permeabilidade, massa específica e espessura do feltro utilizado, comparando com valores
da amostra do feltro novo e determinar percentuais de conservação das características
físicas da amostra.
Este teste contribui para a verificação de problemas relacionados com as réguas
das caixas de vácuo, partes estáticas e que afetam a resistência do feltro pelo atrito e
desgaste.
O equipamento utilizado é o LABSCANNER, mostrado na figura 47, que
possibilita uma varredura em todo o perfil transversal da amostra, gerando
automaticamente, perfis das propriedades citadas.
Figura 47- Labscanner para medição dos perfis de gramatura, espessura e permeabilidade do
feltro
78
3. Estudo de Caso
O presente estudo de caso tem por finalidade analisar o condicionamento dos
feltros das máquinas C1 e C2 da Votorantim Celulose e Papel, na unidade de Luiz
Antônio, buscando mapear as condições operacionais e adequar as irregularidades
encontradas às melhores práticas estudadas na bibliografia.
3.1. Principais características das Máquinas C1 e C2
As máquinas de papel em questão, foram projetadas para a produção de papéis de
imprimir e escrever. A tabela 13 mostra as principais características das máquinas C1 e
C2. As duas máquinas produzem papéis com fibras branqueadas de eucalípto e utilizam o
processo alcalino com cola ASA (anidrido de alquinil succínico).
Tabela 13– Características das Máquinas C1 e C2
Máquina C1 Máquina C2
Fabricante Voith Voith
Ano de Star-up 1991 1992
Gramaturas 75 a 105 g/m² 50 a 75 g/m²
Velocidade de projeto 1200 m/min 1200 m/min
Velocidade de operação 1220 m/min 1150 m/min
Largura útil 4720 mm 4720 mm
Tipo de caixa de entrada “W” com modulo jet “W”
Formador FD CF
Prensas Trí-nip com Shoe Press e 4ª prensa
Trí-nip e 4ª prensa
Nº de cilindros secadores 48 48
Aplicador de amido superficial
Speed sizer vertical Speed sizer vertical
QCS ABB Honeywell Measurex
Sistema de monitoramento de defeitos
Ulma NT Ulma 3D
Sistema de monitoramento de quebras
Smart Advisor (ABB) Hilcont (Honeywell
Measurex)
79
3.2. Análise do Condicionamento
Como foi citado no capítulo 1.4, o condicionamento dos feltros tem uma elevada
importância no desempenho do feltro durante sua vida útil e, conseqüentemente, no bom
funcionamento do setor de prensagem da máquina de papel.
Para esta análise, foi tomado como base a metodologia abordada no capítulo 4, e
os tópicos desenvolvidos foram os seguintes:
a) – Qualidade da água para o sistema de chuveiros;
b) – Chuveiros;
c) – Sistema de vácuo.
O sistema de chuveiros recebe água da estação de tratamento de água, e sendo
assim, a amostra analisada representa a composição de amostras dos vários chuveiros de
ambas as máquinas.
A figura 48 mostra o esquema básico de chuveiros das Máquinas C1 e C2; e os
dados obtidos na análise estão apresentados nas tabelas abaixo. A tabela 14 mostra o
resultado da análise da água. As tabelas 15 e 16 mostram os valores obtidos na Máquina
C1, sobre o sistema de chuveiros e sistema de vácuo, e as tabelas 17 e 18 trazem os
resultados destas análises da Máquina C2.
80
Figura 48– Esquema dos chuveiros das prensas das Máquinas C1 e C2
81
Tabela 14– resultado da análise da água de suprimento dos chuveiros
Item Unidades Valor pH - 7,4
Temperatura ºC 21
Condutividade µs 99,3
Turbidez NTU 0,66
Alcalinidade total ppm CaCO3 21,0
Dureza total ppm 27,3
Dureza alcalina ppm 22,8
Cloro ppm 0,4
Cloreto ppm Cl 9,3
Sílica ppm SiO2 12,7
Sulfato ppm 38,2
Ferro ppm 0,07
Potássio ppm 1,8
Sódio ppm 5,3
Alumínio ppm -
Matéria orgânica ppm 3,95
82
Tabela 15– Avaliação dos chuveiros das prensas da Máquina C1
Valores encontrados para cada posição Tipo de Chuveiro
Item de controle Unidade Valor recomendado 1ª Prensa Pick-up 3ª Prensa 4ª Prensa
Pressão MPa 1,0 a 1,5 1,0 a 1,2 1,0 a 1,2 1,0 a 1,2 1,0 a 1,2 Diâmetro do bico mm 0,8 a 1,2 0,8 0,8 0,8 0,8
Nº de bicos/chuveiro - - 35 35 35 35 Distância entre bicos mm - 150 150 150 150 Distância bico/feltro mm 250 a 300 145 145 145 145
Vazão/bico l/min 1,8 a 2,2 0,91 a 0,97 0,91 a 0,97 0,91 a 0,97 0,91 a 0,97 Vazão total l/min - 35 35 35 35
Ângulo do jato - 30 a 35 0 0 0 0 Tipo de oscilador - Eletromecânico Eletromecânico Eletromecânico Eletromecânico Eletromecânico
Velocidade de oscilação
cm/min calculado 6,8 6,8 6,8 6,8
Temperatura da água ºC 60 62 62 62 62 Chu
veir
o de
Alt
a pr
essã
o
Localização - Externo, após o
chuveiro químico Externo, após
chuveiro químico Externo, após
chuveiro químico Externo, após
chuveiro químico Externo, após
chuveiro químico
Pressão MPa 0,20 a 0,25 0,3 0,3 0,3 0,3
Vazão do chuveiro l/min/cm de feltro
0,075 a 0,090 0,053 0,053 0,053 0,053
Temperatura da água ºC 60 62 62 62 62
Tipo de bicos - Leque Leque Leque Leque Leque
Nº de bicos - - 14 14 14 14
Distância do feltro cm calculado 30 17 19,5 29
Ângulo dos bicos - 90 a 120 80 80 80 80
Chu
veir
o de
Bai
xa P
ress
ão
Localização Externo, antes e entre as caixas
de vácuo
Externo, antes e entre as caixas de
vácuo
Externo, antes da caixa de vácuo
Externo, antes e entre as caixas de
vácuo
Externo, antes da caixa de vácuo
83
Valores encontrados para cada posição Tipo de
Chuveiro
Item de controle Unidade Valor recomendado 1ª Prensa Pick-up 3ª Prensa 4ª Prensa
Pressão MPa 1,4 a 2,5 1,2 1,2 1,2 1,2
Vazão do chuveiro l/min/bico - 3,1 3,1 3,1 3,1
Temperatura da água ºC 70 a 87 75 75 75 75
Tipo de bicos - Leque Leque Leque Leque Leque
Ângulo do bico - 110º 110º 110º 110º 110º
Chu
veir
o Q
uím
ico
Localização Interno e o mais próximo da saída
do nip Externo, saída do nip Interno, saída do nip Interno, saída do nip Interno, saída do nip
Tabela 16– Condições operacionais das caixas de sucção da máquina C1
Posições Pick-up 1ª Prensa 3ª Prensa 4ª Prensa
Situações Atual Recomendada Atual Recomendada Atual Recomendada Atual Recomendada
Tempo de permanência ms 2,75 3 3 3 1,5 2 1,25 1,5
Abertura total das fendas mm 55 60 60 60 30 40 25 30
Número de caixas de sucção 2 D 2D 2D 2D 1D 2S 1D 1D
Área total das caixas de
sucção cm² 2750 3000 3000 3000 1500 2000 1250 1500
Fluxo específico de ar l/cm²/min 77 75 63 70 114 85 67 85
Vazão real de ar m³/min 212 225 189 210 171 170 84 128
Vazão nominal de ar m³/min 221 248 221 231 186 187 92 141
84
Tabela 17– Avaliação dos chuveiros das prensas da Máquina C2
Valores encontrados para cada posição Tipo de Chuveiro
Item de controle Unidade Valor recomendado 1ª Prensa Pick-up 3ª Prensa 4ª Prensa
Pressão MPa 1,0 a 1,5 1,0 a 1,6 1,0 a 1,6 1,0 a 1,6 1,0 a 1,6 Diâmetro do bico mm 0,8 a 1,2 0,8 0,8 0,8 0,8
Nº de bicos/chuveiro - - 35 35 35 35 Distância entre bicos mm - 150 150 150 150 Distância bico/feltro mm 250 a 300 120 140 170 120
Vazão/bico l/min 1,8 a 2,2 0,91 a 1,1 0,91 a 1,1 0,91 a 1,1 0,91 a 1,1 Vazão total l/min - 35 35 35 35
Ângulo do jato - 30 a 35 0 5 25 0 Tipo de oscilador - Eletromecânico Eletromecânico Eletromecânico Eletromecânico Eletromecânico
Velocidade de oscilação
cm/min calculado 6,8 6,8 6,8 6,8
Temperatura da água ºC 60 62 62 62 62 Chu
veir
o de
Alt
a pr
essã
o
Localização - Externo, após o
chuveiro químico Externo, após
chuveiro químico Externo, após
chuveiro químico Externo, após
chuveiro químico Externo, após
chuveiro químico
Pressão MPa 0,20 a 0,25 0,3 0,3 0,3 0,3
Vazão do chuveiro l/min/cm de feltro 0,075 a 0,090 0,053 0,053 0,053 0,053
Temperatura da água ºC 60 62 62 62 62
Tipo de bicos - Leque Leque Leque Leque Leque
Nº de bicos - - 14 14 14 14
Distância do feltro cm Calculado 36 15 19,5 33
Ângulo dos bicos - 90 a 120 80 80 80 80
Chu
veir
o de
Bai
xa P
ress
ão
Localização Externo, antes e entre as caixas
de vácuo
Externo, antes e entre as caixas de
vácuo
Externo, antes da caixa de vácuo
Externo, antes e entre as caixas de
vácuo
Externo, antes da caixa de vácuo
85
Valores encontrados para cada posição Tipo de
Chuveiro
Item de controle Unidade Valor recomendado 1ª Prensa Pick-up 3ª Prensa 4ª Prensa
Pressão MPa 1,4 a 2,5 1,2 1,2 1,2 1,2
Vazão do chuveiro l/min/bico - 3,1 3,1 3,1 3,1
Temperatura da água ºC 70 a 87 75 75 75 75
Tipo de bicos - Leque Leque Leque Leque Leque
Ângulo do bico - 110º 110º 110º 110º
Chu
veir
o Q
uím
ico
Localização - Mais próximo da
saída do nip Externo, saída do nip Interno, saída do nip Interno, saída do nip Interno, saída do nip
Tabela 18– Condições operacionais das caixas de sucção da máquina C2
Posições Pick-up 1ª Prensa 3ª Prensa 4ª Prensa
Situações Atual Recomendada Atual Recomendada Atual Recomendada Atual Recomendada
Tempo de permanência ms 2,86 3 3,1 3 1,6 2 1,27 1,5
Abertura total das fendas mm 55 60 60 60 30 40 25 30
Número de caixas de sucção 2 D 2D 2D 2D 1D 2S 1D 1D
Área total das caixas de
sucção cm² 2750 3000 3000 3000 1500 2000 1250 1500
Fluxo específico de ar l/cm²/min 77 75 63 70 114 85 67 85
Vazão real de ar m³/min 212 225 189 210 171 170 84 128
Vazão nominal de ar m³/min 221 248 221 231 186 187 92 141
86
3.3. Análise do feltro em máquina
A exemplo da análise do condicionamento, a verificação das condições dos feltros
durante seu período de operação, tem uma elevada importância para antecipação de
problemas operacionais. Muitas decisões são tomadas, na gestão das duas máquinas, com
base nos resultados desta análise, desde ajustes nas pressões de operação, até a substituição
de rolos das prensas, em paradas programadas.
Existe uma rotina já estabelecida de monitoramento do feltro em máquina. Este
serviço é efetuado por Engenheiros das empresas fornecedoras e está associado às vendas
do produto.
As análises realizadas foram;
a) – Volume ativo;
b) – Relação água/feltro;
c) – Permeabilidade dinâmica;
d) – Remoção de água.
As figuras abaixo trazem gráficos das variáveis analisadas para cada feltro e em
cada máquina.
87
Volume Ativo - Feltro Pick-up C1
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
1 1 2 4 4 4 5 6 7 10 11 12 12 15 19 19 20 20 21 21 25 27 27 30 32
Dias
Volume ativo - Feltro da 1ª prensa C1
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
5 5 6 8 11 11 19 20 25 26 26 27 27 30 31 32 39 40 41 41 44 46 47 49 55
Dias
Volume Ativo - Feltro da 3ª prensa C1
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
Dias
Volume Ativo - Feltro da 4ª prensa C1
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
1 1 2 2 4 4 4 4 5 6 7 7 8 8 9 10 11 11 11 13 13 15 19 19 24
Dias
Figura 49– Volume ativo dos feltros da máquina C1
88
Volume Ativo- Feltro pick-up C2
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
2 4 6 7 7 9 11 12 13 13 13 13 14 17 20 21 25 28 29 34 34 35 35
Dias
Volume Ativo- Feltro da 1ª prensa C2
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
2 2 3 5 6 9 12 13 13 13 17 19 24 29 34 37 48 48 48 52 55 55 58
Dias
Volume Ativo - Feltro da 3ª prensa C2
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
2 2 3 4 6 7 9 11 13 13 13 13 14 17 19 21 24 28 33 33 37 40 47
Dias
Volume Ativo - Feltro da 4ª prensa C2
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
1 2 3 5 6 7 7 9 11 12 13 13 13 13 17 19 20 20 20 24 27 29 31
Dias
Figura 50– Volume ativo dos feltros da Máquina C2
89
Relação água/feltro (g de água/g de feltro) -
Feltro pick-up C1
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
1 1 2 4 4 4 5 6 7 10 11 12 12 15 19 19 20 20 21 21 25 27 27 30 32
Dias
Relação água/feltro (g de água/g de feltro) -
Feltro da 1ª prensa C1
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
5 5 6 8 11 11 19 20 25 26 26 27 27 30 31 32 39 40 41 41 44 46 47 49 55
Dias
Relação água/feltro (g de água/g de feltro) -
Feltro da 3ª prensa C1
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
Dias
Relação água/feltro (g de água/g de feltro) -
Feltro da 4ª prensa C1
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
1 1 2 2 4 4 4 4 5 6 7 7 8 8 9 10 11 11 11 13 13 15 19 19 24
Dias
Figura 51– Relação água/feltro dos feltros da Máquina C1
90
Relação água/feltro (g de água/g de feltro) -
Feltro pick-up C2
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
2 4 6 7 7 9 11 12 13 13 13 13 14 17 20 21 25 28 29 34 34 35 35
Dias
Relação água/feltro (g de água/g de feltro) -
Feltro da 1ª prensa C2
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
2 2 3 5 6 9 12 13 13 13 17 19 24 29 34 37 48 48 48 52 55 55 58
Dias
Relação água/feltro (g de água/g de feltro) -
Feltro da 3ª prensa C2
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
2 2 3 4 6 7 9 11 13 13 13 13 14 17 19 21 24 28 33 33 37 40 47
Dias
Relação água/feltro (g de água/g de feltro) -
Feltro da 4ª prensa C2
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
1 2 3 5 6 7 7 9 11 12 13 13 13 13 17 19 20 20 20 24 27 29 31
Dias
Figura 52– Relação água/feltro dos feltros da Máquina C2
91
Permeabilidade dinâmica (m³/m²/min) -
Feltro pick-up C1
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
1 1 2 4 4 4 5 6 7 10 11 12 12 15 19 19 20 20 21 21 25 27 27 30 32
Dias
Permeabilidade dinâmica (m³/m²/min) -
Feltro 1ª prensa C1
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
5 5 6 8 11 11 19 20 25 26 26 27 27 30 31 32 39 40 41 41 44 46 47 49 55
Dias
Permeabilidade dinâmica (m³/m²/min) -
Feltro 3ª prensa C1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Dias
Permeabilidade dinâmica (m³/m²/min) -
Feltro 4ª prensa C1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1 1 2 2 4 4 4 4 5 6 7 7 8 8 9 10 11 11 11 13 13 15 19 19 24
Dias
Figura 53– Permeabilidade dinâmica dos feltros da Máquina C1
92
Permeabilidade Dinâmica (m 3/m 2/min) -
Feltro pick up C2
100
120
140
160
180
200
220
240
260
2 4 6 7 7 9 11 12 13 13 13 13 14 17 20 21 25 28 29 34 34 35 35
D ias
Permeabilidade dinâmica (m3/m
2/min) - Feltro
1ª prensa C2
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
2 2 3 5 6 9 12 13 13 13 17 19 24 29 34 37 48 48 48 52 55 55 58
Dias
Permeabilidade dinâmica (m3/m2/min) - Feltro
3ª prensa C2
50
70
90
110
130
150
170
190
210
230
2 2 3 4 6 7 9 11 13 13 13 13 14 17 19 21 24 28 33 33 37 40 47
Dias
Permeabilidade dinâmica (m3/m
2/min) -
feltro 4ª prensa C2
0
20
40
60
80
100
120
140
1 2 3 5 6 7 7 9 11 12 13 13 13 13 17 19 20 20 20 24 27 29 31
Dias
Figura 54– Permeabilidade dinâmica dos feltros da Máquina C2
93
Figura 55– Remoção de água dos feltros da Máquina C1
Remoção água (g de água/ m 2 de feltro) -
feltro pick up C1
100
120
140
160
180
200
220
240
260
1 1 2 4 4 4 5 6 7 10 11 12 12 15 19 19 20 20 21 21 25 27 27 30 32
D ias
Remoção água (g de água/m2 de feltro) -
feltro 1ª prensa C1
20
30
40
50
60
70
80
90
100
5 5 6 8 11 11 19 20 25 26 26 27 27 30 31 32 39 40 41 41 44 46 47 49 55
Dias
Remoção água (g de água/m2 de feltro) -
feltro 3ª prensa C1
-40
-20
0
20
40
60
80
100
D ias
Remoção água (g de água/ m 2 de feltro) -
feltro 4ª prensa C1
-20
-10
0
10
20
30
1 1 2 2 4 4 4 4 5 6 7 7 8 8 9 10 11 11 11 13 13 15 19 19 24
D ias
94
Remoção Agua (g de água/m2 de feltro) -
Feltro pick up C2
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
2 4 6 7 7 9 11 12 13 13 13 13 14 17 20 21 25 28 29 34 34 35 35
Dias
Remoção água (g de água/m2 de feltro) - Feltro
1ª Prensa
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2 2 3 5 6 9 12 13 13 13 17 19 24 29 34 37 48 48 48 52 55 55 58
Dias
Remoção água (g de água/m 2 de feltro) -
Feltro 3ª prensa C2
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
2 2 3 4 6 7 9 11 13 13 13 13 14 17 19 21 24 28 33 33 37 40 47
D ias
Remoção água (g de água/m2 de feltro) -
feltro 4ª prensa C2
-30
-20
-10
0
10
20
30
1 2 3 5 6 7 7 9 11 12 13 13 13 13 17 19 20 20 20 24 27 29 31
Dias
Figura 56– Remoção de água dos feltros da Máquina C2
95
3.4. Análise do feltro utilizado
Foram tomadas amostras de feltros de todas as posições das prensas das duas
máquinas. As análises efetuadas foram:
a) – Inspeção visual;
b) – Análise dos perfis de gramatura, espessura e permeabilidade;
c) – Análise da resistência à tração
d) – Análise quantitativa do material de entupimento.
Na inspeção visual, verifica-se as condições de desgaste da amostra, buscando
faixas visíveis e mais acentuadas. Quando encontradas, é efetuada uma análise mais
detalhada, verificando dimensões da(s) faixa(s) e intensidade do desgaste. A figura 57
mostra fotos de uma inspeção visual realizada nos feltros.
Figura 57– Análise visual de um feltro
As tabelas 19 e 20 mostram os valores médios obtidos das análises dos feltros das
máquinas C1 e C2, respectivamente.
Superfície do feltro novo, do lado papel Superfície do feltro retornado, do lado
papel, com desgaste
96
Tabela 19– Análise dos feltros retornados da Máquina C1
Posição do Feltro Pick-up 1ª Prensa 3ª Prensa 4ª Prensa
Novo 1287 676 1412 932
Retornado 625 472 688 775 Longitudinal
% conservação 49 70 49 88
Novo 440 232 486 533
Retornado 263 159 258 315
Resistência
(kgf/dm)
Transversal
% conservação 60 71 53 68
Novo 1863 1237 1496 1502
Retornado 1806 1137 1493 1495
Perda Diária 4,5 3,4 1,6 2,0
Gramatura
(g/m2)
% conservação 92 87 96 97
Novo 4,71 3,92 3,63 3,44
Retornado 3,10 2,12 2,58 2,80 Espessura (mm)
% conservação 66 54 71 82
Novo 70 92 40 33
Retornado 34 39 22 12 Permeabilidade
(CFM) % conservação 48 42 54 35
% total 5,3 6,8 4,6 3,7
% finos 2,7 3,3 2,3 1,5
% extraíveis 0,6 0,9 0,7 1,2 Material de entupimento
% cargas 2,0 2,6 1,6 1,0
97
Tabela 20 – Análise dos feltros retornados da Máquina C2
Posição do Feltro Pick up 1ª Prensa 3ª Prensa 4ª Prensa
Novo 959 701 1247 1150
Retornado 608 464 674 699 Longitudinal
% conservação 63 64 61 61
Novo 333 240 553 460
Retornado 204 159 320 316
Resistência
(kgf/dm)
Transversal
% conservação 61 64 60 72
Novo 1871 1218 1621 1588
Retornado 1731 1109 1585 1543
Perda Diária 5,0 2,7 2,9 3,9
Gramatura
(g/m2)
% conservação 88 86 95 94
Novo 4,69 3,81 3,81 3,32
Retornado 3,00 2,12 2,86 2,77 Espessura (mm)
% conservação 63 56 75 73
Novo 68 96 41 46
Retornado 34 39 19 18 Permeabilidade
(CFM) % conservação 50 41 47 39
% total 4,6 6,0 2,9 4,0
% finos 2,2 2,9 1,5 2,2
% extraíveis 0,6 0,6 0,7 0,6 Material de entupimento
% cargas 1,8 2,4 0,8 1,3
98
3.5. Análise do condicionamento químico
O condicionamento químico tem como objetivo principal, remover os
componentes de entupimento do feltro, e as práticas utilizadas para esta limpeza estão
citadas no capítulo 1.4.2.
A prática adotada na VCP antes de uma parada para troca de feltros, é efetuar um
choque químico, visando a limpeza dos rolos das prensas, evitando incrustações por longos
períodos. Isto prejudica as análises de residuais de entupimento do feltro utilizado.
Assim, foi desenvolvido um procedimento para coleta das amostras, antes e após a
limpeza química por choque. Este método, detalhado no anexo 1, foi aplicado para
condições específicas das duas máquinas em estudo. A aplicação em outras máquinas deve
ser seguida por uma prévia análise do setor de prensas.
Este procedimento possibilitou a verificação da eficácia do sistema de limpeza
química, e o resultado das amostras analisadas, em duas situações diferentes de aplicação
do produto químico, estão nas tabelas 21 e 22.
a) – 1ª condição:
- Limpeza química contínua com EZE 492 TC, 60 ml/min,
- Choque químico:
- Prensa em velocidade baixa (20 m/min);
- Chuveiro químico com 10 kg/cm² e 70 ºC;
- 300 ml/min de EZE 231D, durante 15 minutos;
- Chuveiros, de lubrificação e alta pressão, fechados.
Tabela 21– Resultado da análise de material de entupimento para a 1ª condição de limpeza
% residual na amostra Antes da limpeza
química
Após a limpeza
química
Entupimento total 7,23 6,24
Extraíveis 9,88 9,11
Finos orgânicos 67,19 64,98
Cinzas 23,70 25,14
99
b) – 2ª condição de choque químico:
- Limpeza química contínua com EZE 278 MD, 80 ml/min
- Choque químico:
- Prensa em velocidade baixa (20 m/min);
- Chuveiro químico com 10 kg/cm² e 70 ºC;
- 300 ml/min de EZE 278 MD, durante 30 minutos;
- Chuveiros, de lubrificação e alta pressão, fechados.
Tabela 22– Resultado da análise de material de entupimento para a 2ª condição de limpeza
% residual na amostra Antes da limpeza
química
Após a limpeza
química
Entupimento total 5,10 1,7
Extraíveis 1,96 0,00
Finos orgânicos 78,43 88,23
Cinzas 19,61 11,77
100
4. Discussão dos Resultados e ações implementadas
Os resultados do estudo de caso podem ser analisados sob dois enfoques: análise
do condicionamento e condições operacionais dos feltros. Isto resultou em necessidades de
modificações do sistema, e também estão descritas neste tópico.
4.1. Resultados da análise do condicionamento
As tabelas 15, 16, 17 e 18, do capítulo 3, trazem os resultados do
condicionamento mecânico dos feltros. Algumas irregularidades foram encontradas e estão
descritas a seguir; bem como comentários sobre os aspectos positivos.
4.1.1. Chuveiros de alta pressão
Nas duas máquinas os chuveiros de alta pressão estão com ângulo de ataque e
distância em relação ao feltro, fora de especificação. Na máquina C1, o erro é conceitual,
pois a distância do chuveiro ao feltro e o ângulo de ataque são iguais em todas os feltros.
Na máquina C2, ocorreu uma falta de critério na montagem dos chuveiros, visto que cada
um possui ângulo e distância diferentes dos demais. A vazão dos chuveiros está abaixo do
valor recomendado. Todos os chuveiros estão com a velocidade de oscilação fora dos
valores calculados como ideal.
Alguns pontos positivos podem ser ressaltados: o oscilador eletromecânico
possibilita ajuste de velocidade e distância de oscilação com muita precisão. A velocidade
de oscilação pode ser sincronizada com a velocidade dos feltros; porém, este recurso não
está sendo utilizado. As amostragens de temperatura da água indicam valores de 62 ºC,
muito próximo aos 60 ºC recomendado.
4.1.2. Chuveiros de baixa pressão
O ângulo de incidência do jato no feltro, de alguns chuveiros, está fora de
posição. Em alguns casos, o chuveiro incide sobre a caixa de vácuo, completamente fora
das recomendações de lubrificação do feltro. Outro ponto relevante é o tipo de bico
utilizado. O bico auto-limpante com ângulo do leque de 80º, não oferece uma boa
cobertura no feltro; e ainda, diversos bicos não estão em pleno funcionamento, o que está
provocando faixas na largura do feltro. A posição de 3ª prensa nas duas máquinas, é a mais
crítica. São chuveiros estacionários, o que agrava esta situação.
101
4.1.3. Sistema de Vácuo
O tempo de permanência do feltro na área aberta da caixa de sucção, apresenta
valores normais apenas no feltro da 1ª prensa, nas duas máquinas. Todas as outras posições
estão com defazagem em relação aos valores recomendados.
O fluxo específico de ar apresenta valores fora da recomendação, em todos os
feltros.
4.1.4. Condicionamento químico
Os chuveiros utilizados são estacionários, porém a especificação dos bicos está
adequada, com diâmetro de 1,3 mm e 110º de abertura do leque, o que proporciona uma
boa cobertura no feltro. A regulagem do ejetor vapor + água + produto, apresenta
instabilidade e a pressão no chuveiro apresenta variações. A temperatura também apresenta
variações entre 68 e 72 ºC. Isto pode afetar a qualidade do condicionamento contínuo.
A tabela 21 mostra os resultados de uma análise de eficiência da limpeza por
choque. Os valores de entupimento total de antes e após a limpeza, demonstra um baixo
índice de remoção dos materiais de entupimento. A tabela 22, trás a análise após mudança
de procedimento de limpeza e da substituição do produto químico; fatos embasados nos
resultados da 1ª análise. Há uma significativa melhora na remoção dos materiais de
entupimento para o segundo caso.
4.2. Condições operacionais dos feltros
Este tópico analisa as propriedades de volume ativo, relação água/feltro,
permeabilidade dinâmica e quantidade de água removida pelos feltros; durante usa vida útil
na máquina. Outro fator comentado também, são os resultados das análises dos feltros
retornados.
4.2.1. Volume ativo
Ocorre uma queda constante em função do tempo de uso. Esta tendência é
observada em todos os feltros e nas duas máquinas. Pontos muito abaixo da linha de
tendência representam um grau de entupimento e/ou compactação mais acentuado.
102
4.2.2. Relação água/feltro
Esta variável apresenta valores médios estáveis durante a vida útil dos feltros,
com tendência leve de queda, em função da compactação e entupimento.
4.2.3. Permeabilidade dinâmica
Ocorre uma grande variabilidade nos valores de permeabilidade dinâmica em
todos os feltros. O volume de ar que atravessa os feltros do 1º nip, 1ª prensa e pick-up, são
muito maiores que 3ª e 4ª prensas.
4.2.4. Remoção de água
Esta variável também apresenta variabilidade alta. O volume de água removido
pelos feltros pick-up e 1ª prensa são bastante elevados. Valores negativos de remoção,
observados nos feltros da 3ª e 4 prensas, significam desaguamento no nip e não na caixa de
sucção.
4.2.5. Análise dos feltros retornados
A análise dos feltros utilizados, efetuada nos laboratórios dos fornecedores, é um
complemento de informações do monitoramento dos feltros em máquina.
O fato relevante das amostras analisadas, é o desgaste acentuado nas laterais do
feltro pick-up da máquina C2.
4.3. Ações Implementadas
Durante a análise do condicionamento, foram detectados parâmetros fora da
recomendação de uso. Alguns foram possíveis de corrigir; outros foram melhorados, mas
ainda permanecem fora do ajuste ideal, porque requerem investimentos para modificações
estruturais. A lista abaixo contempla as ações tomadas buscando adequação e melhoria do
sistema de condicionamento dos feltros das máquinas C1 e C2.
a) – Modificação do ângulo de ataque dos chuveiros de alta pressão para valores entre 25
e 30º.
b) – Na máquina C2, ajuste da distância do chuveiro ao feltro. Este item não foi possível a
adequação para valores recomendados, em função de problemas de lay-out nas prensas.
Todos os chuveiros das duas máquinas ainda permanecem fora da distância ideal.
c) – Ajuste da velocidade de oscilação, sincronizando com a velocidade do feltro.
103
d) – Ajuste do ângulo de incidência dos chuveiros de baixa pressão, direcionando-os ao
feltro.
e) – Substituição dos bicos dos chuveiros químicos de diâmetro 1,3 mm para 1,1mm; com
o objetivo de aumentar a concentração do produto no ponto de aplicação e melhorar a
eficiência de remoção do material de entupimento.
f) – Modificação do procedimento de limpeza química por choque. Este procedimento
está detalhado no anexo 2.
g) – Manutenção do ejetor de vapor + água + produto. Houve ganhos de 4 ºC na
temperatura e estabilidade da pressão nos bicos.
h) – Substituição dos produtos químicos EZE 492 (limpeza contínua) e EZE 231 (limpeza
em choque); pelo produto EZE 278, recomendado para uso contínuo e em choque.
104
5. Conclusões
A demanda por melhores eficiências nas máquinas de papel, requer constantes
otimizações dos processos envolvidos na linha de produção. Para se manter os
equipamentos em um ritmo ótimo de desempenho, com o mínimo de interrupções, é
necessário um estratégia de melhoria contínua dos sistemas, com busca na especialização,
mas com foco no resultado global.
Deste modo, há uma sinergia entre os usuários dos feltros, os Engenheiros e
Técnicos de Processo; com os Engenheiros de campo dos fornecedores, com o objetivo de
buscar um produto adequado ao uso na máquina de papel. Cada máquina tem sua
particularidade, forçando os fabricantes de feltros a produzirem um produto único para
cada posição das prensas da máquina de papel.
A revisão bibliográfica mostra que o condicionamento dos feltros é uma
necessidade básica para o bom desempenho do setor de prensas e, conseqüentemente, da
máquina de papel. O condicionamento deve ser considerado como um sistema, e é
necessário que cada elemento tenha sua devida importância reconhecida e seja analisado
periodicamente.
A limpeza mecânica dos feltros, através do uso de caixas de vácuo e da energia da
água dos chuveiros, possui um baixo custo operacional, desde que seus componentes
estejam operando dentro do máximo rendimento a que foram designados. Para tanto, é
necessário o monitoramento e a prevenção de falhas de cada elemento deste sistema; e isto
requer conhecimento da função básica de cada equipamento.
Todos os chuveiros dos feltros deveriam ser oscilantes, minimizando o problema
de faixas transversais provocadas pelo excesso ou falta localizada de água; que podem
trazer os inconvenientes de desgaste prematuro do feltro e problemas de qualidade do
papel, pelo perfil irregular de umidade que produzem na folha. Se por um lado há o custo
de implantação dos osciladores; por outro há uma maior expectativa de vida dos feltros e
rolos das prensas, além da redução dos problemas de perfil de umidade da folha de papel.
A limpeza química contínua é realmente, uma evolução nos sistemas de
condicionamento. Porém, se for mal utilizada somente aumenta os custos de fabricação.
Além do uso dos produtos químicos, faz-se necessário paradas de máquina para limpeza de
105
choque químico nos feltros. Isto é extremamente dispendioso, pela perda de
produtividade. O que poderia ser uma solução, passa a ser um problema para a operação da
máquina. Então, encontrar o ponto de máxima eficiência do condicionamento químico é
um fator de sucesso.
Dentro deste enfoque, este trabalho não foi conclusivo o suficiente para responder
as questões da eficiência do condicionamento químico nas máquinas de papel em estudo.
Há necessidade de uma nova bateria de testes de feltros utilizados, analisando
qualitativamente os componentes de entupimento. Outra ação importante é a melhoria das
instalações de aplicação do produto químico, nas duas máquinas; possibilitando o uso de
novos procedimentos de limpeza, como por exemplo o método “bach on the fly”. Isto com
o objetivo de aumentar o intervalo entre paradas para choque químico.
Os serviços de monitoramento do setor de prensas, prestado pelos fornecedores,
são importantes indicadores de desempenho deste setor da máquina. Além do
acompanhamento de rotina das propriedades dos feltros, em muitos casos, serve como base
para decisões de troca dos feltros e rolos das prensas. E também, a adequação ou
substituição de projetos de feltros são baseados neste serviço.
Durante a execução deste trabalho, foram necessários a criação de métodos de
amostragem e novos procedimentos. Esta parcela do trabalho foi bastante positiva, pois
possibilitou a multiplicação dos conhecimentos adquiridos aos operadores e a
conscientização da importância do tema em questão. Fatores operacionais negligenciados
durante anos, por ignorância; são monitorados com mais freqüência, e em alguns casos,
diariamente, como por exemplo a condição de abertura dos leques dos chuveiros de baixa
pressão e lubrificação.
Foram encontradas falhas oriundas da montagem da máquina; outras provenientes
de procedimentos de uso e aplicação inadequados, de difícil diagnóstico do impacto na
produtividade ao longo de 10 anos de operação do equipamento.
Muitas melhorias são possíveis de serem realizadas nos equipamentos após a
implantação do projeto, adequando-os às melhores condições operacionais para atender as
necessidades do produto em fabricação, e as exigências de desempenho.
Este trabalho nos levou a refletir sobre a importância da pesquisa e estudo,
buscando a maximização dos recursos disponíveis para a produção. Assim, a aplicação e
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multiplicação do conhecimento, é a resposta a exigência de profissionais de alta
qualificação para a melhoria dos índices de produtividade das empresas.
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6. Sugestões
Durante a elaboração deste trabalho, foram levantadas algumas necessidades
pertinentes ao condicionamento mecânico dos feltros das máquinas C1 e C2, e que
merecem atenção especial. A lista a seguir, deve ser analisada pelo pessoal da Engenharia
de Fábrica e Especialistas de Processo, buscando otimizar ao máximo o sistema.
a) – Adequação da distância entre chuveiros de alta pressão dos feltros.
Não foi possível, pelos recursos disponíveis, um ajuste adequado na distância
entre chuveiros e feltros. É necessário um estudo para modificação da base de apoio dos
chuveiros, possibilitando o aumento da distância para valores entre 250 e 300 mm.
b) – Adequação da distância entre bicos dos chuveiros de alta pressão.
A distância nominal entre os bicos é de 150 mm. De acordo com os resultados de
vazão destes chuveiros comparando com a vazão recomendada, é possível duplicar a
quantidade de bicos, ou seja, utilizar um chuveiro com bicos eqüidistantes de 75 mm; e
ainda manter a vazão dentro da faixa recomendada. Isto possibilita um ajuste de oscilação
com overlap de 100%. Na eventualidade de entupimento de um dos bicos, o feltro continua
com limpeza através do chuveiro de alta pressão.
c) – Fazer a interligação do controle de velocidade de oscilação com a velocidade da
prensa
Esta ação possibilita que a velocidade de oscilação seja controlada
automaticamente, ou seja, nas alterações de velocidade da máquina, o sistema corrige a
velocidade do chuveiro.
d) – Substituição dos bicos dos chuveiros de baixa pressão.
Os vários problemas detectados nos chuveiros de baixa pressão, fortalecem a
sugestão de substituir os bicos atuais. Talvez seja necessário um estudo mais detalhado
sobre a quantidade de bicos necessária e sobre a estrutura do atual chuveiro, (em algumas
posições ele está fletindo). È interessante um estudo de viabilidade para instalação de
chuveiros oscilantes para esta aplicação, bem como adequação da distância dos bicos até o
feltro.
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e) – Estabelecer uma rotina de substituição dos bicos dos chuveiros.
Os bicos se desgastam com o tempo, aumentando o diâmetro do furo e
conseqüentemente, a vazão de água. Ocorre um desequilíbrio no balanço final em cada
bico. Esta rotina pode trazer benefícios como a economia de água e uma constância
melhor do condicionamento. A CBTI, possui estudos focando esta questão do desgaste de
bicos dos chuveiros.
f) – Estudo para melhoria do condicionamento químico.
Este estudo deve contemplar a substituição dos atuais chuveiros, por chuveiros
oscilantes; automatização dos controles de vazão de produto e água, pressão do sistema e
níveis dos tanques de água e produto. Isto possibilita um controle de concentração final de
aplicação, podendo viabilizar testes de limpeza química “batch-on-the-fly”, além de
facilitar a operação em paradas para choques químicos.
g) – Aumentar amostragens de feltros, antes e após limpeza de choque químico, para
análise qualitativa dos contaminantes.
As análises efetuadas durante o estudo de caso mostrou um tendência de melhoria
do condicionamento com a alteração do procedimento de limpeza e produto químico.
Porém, faltou analises qualitativas, buscando comparação de desempenho entre vários
produtos químicos para limpeza dos feltros.
h) – Efetuar testes com o sistema “ECOFLOW”,
O sistema “ECOFLOW” é uma nova tecnologia disponível no mercado para
monitoramento do setor de prensas. São medidores de vazão instalados nas calhas dos
rolos das prensas e nas caixas de sucção dos feltros. Isto facilita o controle do balanço de
água de todos os feltros, bem como o monitoramento da quantidade de água retirada da
folha de papel em cada prensa. Operacionalmente isto fornece informações importantes,
em tempo real, das condições de entupimento dos feltros, o que pode reduzir os tempos
perdidos com quebras da folha que normalmente antecedem uma parada para limpeza
química. O anexo 3 traz informações sobre este sistema.
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7. Referências Bibliográficas
Falsarella, P. “Apostila de treinamento VOITH”, - Curso de Especialização em Papel – IV
Turma, ABTCP- EPUSP-FDTE, Janeiro de 1994
Adanur, S; “Paper Machine Clothing”. Published by Technomic Publishing Company,
INC.; Lancaster, Pensylvania, USA, 1997.
Piton, C.H., “Tecnologia de Fabricação de Feltros Agulhados”. Apresentação
Huyck/Nortelas – Petrópolis, Rio de Janeiro, Br. – Agosto de 2001.
Paulapuro, H, “Papermaking Science and Tecnology – Book 8 - Papermaking Part 1,
Stock Preparation and Wet End”. Printed by Gummerus Printing, Jyväskylä, Finland 2000.
Furibondo, N.; “Pulp & Paper – Wire, Felt Cleaning Programs Can Improve Paper
Machine Runability” . August, 1987.
Freitas, J. “ Apostila de Treinamento”. Albany Int.; Indaial, SC, Brasil, 2001
Neum, J.A. “Paper Machine Showers and Fabric Dewatering: Theory and Application”,
AES Engineered Systems, Queensbury, New York, USA.
Ferme, A; Barros F.F.A; “Apostila de treinamento NASH DO BRASIL”, - Curso de
Especialização em Papel – IV Turma, ABTCP-EPUSP-FDTE, Janeiro de 1994.
Buccieri, M.F., “Tecnologia de Controle de Contaminantes – Limpeza e Condicionamento
do Feltro (Condicionamento de Passivação e Surfactante; Limpeza BOTF e Down)”. –
Trabalho da Hércules – Pulp and Paper Division – São Paulo-SP, Julho de 2002.
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8. Anexos
8.1. Procedimento para amostragem do feltro, antes e após a limpeza química
batch.
- Reduzir a velocidade da prensa para o modo “Auxiliar”, correspondente a 20 m/min.
- Ajustar a tensão do feltro, a ser amostrado, para valores entre 2 a 2,5 kN/m, utilizando o
tensiômetro manual.
- Desligar o acionamento da prensa.
- Cortar 3 amostras, conforme ilustração abaixo:
Lado do Acionamento da prensa
Lado de comando da
prensa
1 2 3
Feltro Sentido de movimento do feltro
Tamanho da amostra 30 cm 60 cm
25 cm
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- Ligar o acionamento da prensa no modo “Auxiliar”.
- Efetuar a limpeza química conforme o procedimento operacional padrão, descrito no
anexo 2.
- Desligar o acionamento da prensa.
- Cortar outras 3 amostras, conforme ilustração abaixo:
- Identificá-las de acordo com a numeração da ilustração acima.
8.2. Procedimento para limpeza química “batch”
- Reduzir a velocidade da prensa para o modo “auxiliar”, correspondente a 20 m/min.
- O chuveiro de alta pressão deverá fechar automaticamente, nesta velocidade.
- Desligar as bombas de vácuo das prensas.
- Fechar as válvulas de água dos chuveiros de lubrificação.
- Fechar a válvula de produto químico de limpeza contínua e abrir a válvula para a limpeza
batch.
Lado do Acionamento da prensa
Lado de comando da
prensa
1 2 3
Feltro
Sentido de movimento do feltro
4 5 6
112
- Aplicar o produto por 20 minutos.
- Fechar a válvula de aplicação do produto químico.
- Manter a prensa nestas condições por mais 10 minutos.
- Abrir a válvula de água dos chuveiros de lubrificação.
- Ligar o sistema de vácuo das prensas.
- Acelerar as prensas para a velocidade de operação.
- Abrir a válvula de produto para a limpeza contínua.
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8.3. Sistema ECOFLOW
114
115
116
117
118
119
