UNIARA – Centro Universitário de Araraquara

Programa de Mestrado Profissional em Engenharia de Produção

Francisco de Assis Bertini Moraes

Araraquara, SP

Dezembro / 2010

Orientador : Prof. Dr. Claudio Luis Piratelli

MODELO PARA AVALIAÇÃO DO CONSUMO ESPECÍFICO DE MADEIRA E INSUMOS

ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE CELULOSE E PAPEL

SUMÁRIO DA APRESENTAÇÃO

• CONTEXTUALIZAÇÃO

• MOTIVAÇÃO PARA O TEMA ABORDADO

• OBJETIVOS DO TRABALHO

• JUSTIFICATIVA DA ESCOLHA DO TEMA

• METODOLOGIA

• REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

• OBJETO DO ESTUDO DE CASO

• CONSTRUÇÃO DO MODELO ESTRUTURAL

• MODELAGEM DO PROCESSO DE CELULOSE E PAPEL

• EXEMPLOS DE SIMULAÇÕES

• CONSIDERAÇÕES FINAIS

2

• O segmento de celulose e papel no Brasil :

- 3,7 milhões de hectares de eucalipto em reflorestamento, 14,3 milhões ton, 3,5% do PIB,

- US$ 4,8 bilhões em impostos e US$ 6,1 bilhões em exportações

- Emprega 4,6 milhões de pessoas ou 5% da população economicamente ativa do Brasil

0

2

4

6

8

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20

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Prod

ução

de

Celu

lose

, M

ilhõe

s t

• Nos últimos 30 anos, significativo investimento em P&D pelas empresas brasileiras propiciou :

- Aumento na produtividade florestal de 25 para 40 a 60 m3-madeira/hectare.ano,

- O aprimoramento genético do eucalipto e melhoria de tecnologia de produção : > rendimento

Maior rendimento : Maior produção de celulose com menor quantidade de madeira,

Menor consumo específico de madeira (m3 de madeira por tonelada de celulose produzida).

• Maior produtor mundial de celulose de fibra curta,

• 4º. Maior produtor mundial de celulose,

• 100% da produção de celulose com reflorestamento,

• Estado da arte na tecnologia implantada,

• Crescimento de 50% na produção até 2022,

Investimentos US$ 20 bilhões, 22 milhões toneladas

• Está incluso entre os mais energointensivos do setor industrial,

Óleo combustível, Gás natural, Madeira para energia e Energia elétrica,

Perfil energético adequado aos processos mais eficientes de cogeração e autosuficiência,

Desenvolvimento tecnológico para a utilização de biomassa e queima de licor negro,

Investimentos para se ter uma indústria com alta eficiência na assimilação de carbono.

CONTEXTUALIZAÇÃO

3

MOTIVAÇÃO PARA O TEMA ABORDADO

• Literatura sobre o consumo específico de madeira com foco no rendimento e polpação,

(Barrichelo, 1985), (Foelkel, 1990), (Garcia, 1995), (Colodette et al., 2002), (Trugilho et al., 2004), (Gomide et al., 2005),

(Sansigolo et al., 2007), (Silva et al., 2007), (Sacon et al., 2007), (Ribeiro, 2007), (Polowski, 2009), (Mokfienski et al., 2008)

• A indústria de celulose e papel é gerida operacionalmente em três grandes áreas :

Linha de Fibras, Recuperação & Utilidades e Produção de Papel,

- Prática da gestão operacional sem a suficiente análise de interação entre estas áreas,

podendo representar benefícios para uma área e prejuízos para outra, sendo o resultado

obtido nem sempre favorável ao negócio como um todo.

• Literatura para redução do custo de insumos energéticos são específicos a cada área.

Poucas pesquisas nos setores da linha de fibras e produção de papel para ações de

redução no consumo de vapor e sem analisar o impacto no processo como um todo.(Brito e Barrichelo, 1978), (Muramoto et al., 1983), (Coelho et al., 1996), (Cardoso, 1998), (CGEE– Secretária Técnica do Fundo

Setorial de Energia, 2001), (Silva, 2002), (Quirino et al., 2004), (Barcellos et al., 2005), (Muller et al., 2006), (Velázquez, 2006),

(Brand, 2007), (Rendeiro et al., 2008), (Berni et al., 2008), (Francis et al., 2008), (Bajay et al., 2010).

• Pouca atenção tem sido dada na avaliação mais abrangente da inter-relação entre as

variáveis do processo industrial.

Identifica-se, portanto, oportunidade de elaboração de estudo avaliando o impacto

econômico na utilização da madeira de eucalipto como fonte de matéria prima e energia

na indústria de celulose e papel e as influências das inúmeras variáveis do processo.4

• Fornecer subsídios à International Paper para melhorias no seu processo industrial, em

relação ao seu consumo específico de madeira e de insumos energéticos, direcionando

melhor seus recursos para ações de redução de custos , tanto para iniciativas de ações

com baixo ou nenhum investimento ou para viabilizar projetos de dispêndio de capital.

OBJETIVOS DO TRABALHO

5

• Apresentar aos profissionais do setor acadêmico e industrial do segmento de celulose e

papel, uma visão mais abrangente e crítica de inter-relação das variáveis de influência nos

custos de produção, através da técnica de regressão linear múltipla aplicada à construção

de modelos de predição para um caso real (este é o maior aporte desta dissertação), e

• Construir um modelo matemático, por meio da regressão linear múltipla, que correlacione

as diversas variáveis que influenciam no consumo específico de madeira para celulose e

no consumo de insumos energéticos comprados (madeira para energia, óleo combustível

e energia elétrica) do objeto de estudo,

Nesta dissertação, pretende-se :

JUSTIFICATIVA DA ESCOLHA DO TEMA

• O custo de madeira e o custo de energia 40 a 60% do custo variável da celulose

• Modelos com regressão linear múltipla como alternativa aos modelos teóricos com base

fenomenológica, permitindo estimar uma série de equações por regressão múltipla

separadas, mas interdependentes, simultaneamente, pela especificação do modelo

estrutural previamente construído pelo pesquisador.

Custo de Produção da Celulose - US$/t.cel

Países Madeira Energia Químicos Trabalho Outros Custo Total

Brasil 85 31 25 16 40 197

Portugal 139 6 44 43 45 277

Canadá 120 21 32 50 49 272

Espanha 154 7 30 43 43 277

EUA 106 21 40 58 79 304

6

• Gerenciamento pela produção de madeira, atuando-se diretamente na gestão florestal.

• Minimizar madeira para celulose e maximizar o uso da biomassa e madeira para a produção de energia.

•Menor dependência : de grandes áreas florestais e da compra de insumos energéticos

• O pesquisador baseia-se em teoria, experiência prévia e nos objetivos da pesquisa, para distinguir quais

variáveis independentes prevêem cada variável dependente.

METODOLOGIA

De acordo com a classificação de Silva e Menezes (2001),

• Do ponto de vista de sua natureza, a presente pesquisa é aplicada, pois objetiva gerar

conhecimentos para aplicação prática dirigidos à solução de problemas específicos.

• Considerando a forma de abordagem do problema, essa pesquisa é quantitativa, pois

visa coletar e analisar variáveis dependentes e independentes por meio de técnicas

estatísticas.

• Com relação aos seus objetivos, essa pesquisa é classificada como descritiva, pois visa

descrever o estabelecimento de relações entre variáveis através da construção de um

modelo matemático.

• Do ponto de vista dos procedimentos técnicos essa pesquisa caracteriza-se como

pesquisa bibliográfica e estudo de caso, pois o conhecimento dos fenômenos são

articulados de forma teórica usando conceitos, modelos, experiência prévia e proposições

bem definidos. Neste caso, o tratamento dos dados é conduzido com o objetivo específico

de testar a adequação dos conceitos desenvolvidos e a validade das fronteiras dos modelos

(modelo estrutural).

7

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Madeira de Eucalipto

AnelCrescimento

Poro

VasoLenhoso

Raio

Raio

Fibras

Fibra

Tora de Eucalipto

LamelaMédia

Parede

Primária

ParedeSecundária

S3

S2

S1

P

LM

A madeira : ~75% de polissacarídeos (50 a 80% de celulose e 5 a 30% de hemicelulose) e 25% de lignina.

A maior concentração de lignina encontra-se na lamela média e a de celulose na parede secundária, no

entanto, apesar da menor concentração, a maior quantidade de lignina encontra-se também na parede

secundária, existindo uma forte interação entre lignina-hemicelulose-celulose. 8

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Madeira de Eucalipto para Celulose

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

12 13 14 15 16 17 18 19 20

Re

nd

ime

nto

da

Mad

eir

a, %

Carga de Álcali Efetivo, % (Proporcional ao teor de lignina na madeira)

Polpa oriunda de 10 clones distintos de eucaliptos

Cozimento para kappa = 18 na polpa (Teor Lignina ~ 3,5 %)

100 kg (base seca) de madeira de Eucalyptus grandis

Extrativos2,1 kg

Cinzas0,4 kg

Lignina26,5 kg

Hemicelulose

20,8 kgCelulose50,2 kg

50 kg (base seca) de Fibras Marrons (50% de rendimento)

Extrativos0,15 kg(7,1%)

Cinzas0,1 kg

(25,0%)

Lignina0,75 kg(2,8%)

Hemicelulose

8,0 kg(38,5%)

Celulose

41,0 kg(81,7%)

50 kg (base seca) dissolvidos no licor preto

Extrativos1,95 kg(92,9%)

Cinzas0,3 kg

(75,0%)

Lignina25,75 kg(97,2%)

Hemicelulose

12,8 kg(61,5%)

Celulose9,2 kg

(18,3%)

Cozimento kraft com #kappa 16 (3,2 % lignina) e Rendimento 50%

Quanto menor o teor de lignina na madeira, menor o requisito de álcali (soda cáustica e sulfeto de sódio)

requerido para o cozimento (polpação) e consequentemente maior o rendimento obtido.

9

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Madeira de Eucalipto para Energia

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

% Lignina na madeira, base seca

% Carbono Fixo, Carvão Vegetal10 espécies de eucaliptos

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

PCS (Brand, 2007)

PCI (Brand, 2007)

PCI (Barcellos, 2005)

Teor de umidade da madeira, %

Poder Calorífero, kcal/kg

PCS

PCI

(Brito e Barrichelo, 1977)

• Ao contrário da madeira para celulose, quanto maior o teor de lignina, maior o teor de carbono fixo no

carvão produzido e consequentemente maior teor energético é obtido da madeira.

• Na madeira para celulose, o maior teor de umidade favorece a impregnação de álcali nos cavacos de

madeira e consequente um cozimento mais uniforme com maior rendimento. No entanto, na madeira

destinada a produção de energia o maior teor de umidade reduz consideravelmente o poder calorífero.

10

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Processo de fabricação de celulose

O processo kraft de produção

de celulose tem como função

dissolver e extrair a lignina da

madeira, com o objetivo de liberaras fibras com o mínimo de

degradação dos carboidratos

(celulose e hemicelulose).

Preparaçãode Madeira

Cadeira deRecuperação

Evaporador

CaustificaçãoNa2CO3 + CaO NaOH +

CaCO3

Forno de CalCaCO3 CaO + CO2

Oxidação deLicor Branco

TurboGerador

Caldeira deBiomassa

TratamentoÁgua - Caldeira

Tratamentode Água

Tratamentode Efluentes

Produção deCarbonato de Cálcio

Produção de Oxigênio

Produção deDióxido de

Cloro

Cozimento

Pré Lavageme Depuração

Deslignificaçãocom Oxigênio

Pós Lavagem

Branqueamento

SecagemMáquina de

Papel

Toras de Madeira

Cavacosp/ Cel.

Polpa Marrome Licor Preto

Polpa Marrom

Polpa MarromDeslignificada

ÁguaTratada

Filt

rad

oR

eje

ito

sFi

ltra

do

CeluloseBranqueada

LicorPreto

Licor PretoRCH-Na

ClO2

Carbonato de CálcioCaCO3

LicorVerde

Na2CO3Na2S

Licor BrancoNaOHNa2S

CalCaO

Lama CalCaCO3

GásCarbônico

CO2

EfluenteEfluenteTratado

ÁguaBruta

Rio

Clorato SódioÁcido SulfúricoMetanol

ArO2

NaOH

Energia ElétricaGerada

VaporAlta

Pressão

VaporAlta

Pressão

VaporBaixa Pressão

Água Tratada

Cascas e Resíduos

ÓleoCombustível

ÓleoCombustível

Energia ElétricaComprada

Cavacosp/ Energia

11

O processo, pode ser dividido em

•Linha de Fibras

•Utilidades

•Recuperação

•Máquina de Papel

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Distribuição de vapor e energia elétrica

Caldeirade

Recuperação

Caldeirade

Biomassa

Turb

ina

Licor Preto

Biomassa

Cas

cas

eR

esí

du

os

Gerador

Linha de Fibras

Secadora de Celulose200 t/d

Recuperação Química

Utilidades

Vapor

Vapor

60 bar12 bar

4 bar

Energia ElétricaGerada

Energia Elétricade Mercado

Óleo CombustívelForno de Cal

220 t/h

45 t/h50 t/h

10 t/h

2 t/h

65 t/h15 t/h

23 t/h15 t/h

115 t/h

335 t/h

243 t/h

92 t/h

38 MW

Fábrica de Celulose , 1200 t/d celulose e 1000 t/d de papel para impressão

1740 tss/d

34 t/d

22 MW

3 MW

15 MW

13 MW

9 MW

Total

60 MW

535t.seca/dia

cogeração com turbina a extração e contrapressão

Máquinas de Papel10 t/h

100 t/h20 MW

Cav

aco

s d

eM

ade

ira

720m3-sólido/dia

Caldeirade

Recuperação

Caldeirade

Biomassa

Turb

ina

Licor Preto

Biomassa

Cas

cas

eR

esí

du

os

Gerador

Linha de Fibras

Secadora de Celulose200 t/d

Recuperação Química

Utilidades

Vapor

Vapor

60 bar

12 bar

4 bar

Energia ElétricaGerada

Energia Elétricade Mercado

Óleo CombustívelForno de Cal

220 t/h

45 t/h

50 t/h

10 t/h

2 t/h

65 t/h15 t/h

23 t/h15 t/h

270 t/h

490 t/h

243 t/h

92 t/h

60 MW

1740 tss/d

34 t/d

0 MW

3 MW

15 MW

13 MW

9 MW

Total

60 MW

535t.seca/dia

cogeração com turbina a extração, contrapressão e condensação (CEST)

Máquinas de Papel10 t/h

100 t/h20 MW

Cav

aco

s d

eM

ade

ira

2200m3-sólido/dia

Condensador160 t/h Energia Elétrica

para Mercado

0 MW

12

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Modelagem com regressão linear múltipla

X1

X2

Y1

Y2X3

Y3

X4

Y5

Y4

X5

Y1 = a1 + a2 X1 + a3 X2 + є1

Y2 = a4 + a5 X3 + a6 Y1 + є2

Y3 = a7 + a8 Y1 + є3

Y4 = a9 + a10 X4 + є4

Y5 = a11 + a12 X5 + a13 Y2 + a14 Y3 + a15 Y4 + є5

Y variáveis endógenas , X variáveis exógenas , є erro

O modelo estrutural é o modelo de “caminhos”, que

relaciona variáveis independentes com dependentes.

Em tais situações, teoria, experiência prévia ou

outras orientações permitem ao pesquisador

distinguir quais variáveis independentes prevêem

cada variável dependente.

O modelo de mensuração permite ao pesquisador

examinar uma série de relações de dependência

simultaneamente, sendo particularmente útil

quando uma variável dependente se torna

independente em subseqüentes relações de

dependência.

A modelagem fornece a técnica de estimação para uma série de equações de

regressão múltipla separadas estimadas simultaneamente

13

X1

X2

Y1

Y2X3

Y3

X4

Y5

Y4

X5

Y1 = a1 + a2 X1 + a3 X2 + є1

Y2 = a4 + a5 X3 + a6 Y1 + є2

Y3 = a7 + a8 Y1 + є3

Y4 = a9 + a10 X4 + є4

Y5 = a11 + a12 X5 + a13 Y2 + a14 Y3 + a15 Y4 + є5

Y variáveis endógenas , X variáveis exógenas , є erro

OBJETO DO ESTUDO DE CASO

A IP - International Paper do Brasil Ltda., (Mogi Guaçu-SP, Luiz Antonio-SP e Três Lagoas-MS) possui

capacidade de 820 mil toneladas/ano de celulose e 1,0 milhão de toneladas/ano de papel para imprimir

e escrever. Cerca de 50% das vendas são destinadas ao mercado externo.

14

100% do suprimento de madeira de eucalipto para produção de celulose e energia, provém de

florestas plantadas (90% próprias) oriundas de um raio médio de 40 km (80% clones , urograndis).

Unidade Luiz Antonio, que atualmente atua de forma integrada com produção de 1200 t/d de celulose

e 1000 t/d de papel, com linha única de produção de celulose e 2 máquinas de papel.

CONSTRUÇÃO DO MODELO ESTRUTURAL

Cadeia de suprimentos de madeira e insumos energéticos para o processo de fabricação de celulose e papel.

15

Preparaçãode Madeira

Celulose

UTILIDADES E RECUPERAÇÃO-Caldeira de Biomassa e Óleo-Caldeira de Recuperação Química-Forno de Cal

PRODUÇÃO DE CELULOSE-Cozimento-Lavagem-Pré Branqueamento-Branqueamento

Turbo Geradoresde

Energia Elétrica

PRODUÇÃO DE PAPEL-Máquinas de Papel-Acabamento do Papel

Extratorade

Celulose

PRODUTOPAPEL

PRODUTOCELULOSE

Toras de Madeirapara Celulose

Toras de Madeirapara Energia(Pontas Árvore)

Cavacos para CeluloseBiomassa para Energia

-Cavacos para Energia-Cascas para Energia

Energia Elétrica Comprada

ÓleoCombustível

VaporAlta

Pressão

VaporBaixa eMédia

Pressão

EnergiaElétricaGerada

Licor Negro

Suspensãode Celulose

Suspensãode Celulose

Lenha Comprada

Preparaçãode Madeira

Energia

Cascas

16

DENSIDADEBÁSICA

RESÍDUOSPREPARAÇÃO

MADEIRA

RENDIMENTODA MADEIRA

CONSUMOVAPOR DE

BAIXA PRESSÃO

CONSUMOVAPOR DE

MÉDIA PRESSÃO

CONSUMODE ENERGIA

ELÉTRICA

PRODUÇÃODE

CELULOSEE

PAPEL

TEOR SECOMADEIRA

CONSUMOESPECÍFICOMADEIRACELULOSE

TEORSECOCASCA

PRODUÇÃOVAPOR

CALDEIRARECUPERAÇÃO

PRODUÇÃOVAPOR

CALDEIRABIOMASSA

PRODUÇÃOVAPORALTA

PRESSÃO

GERAÇÃOENERGIAELÉTRICA

CONSUMOMADEIRAENERGIA

CONSUMOÓLEO

COMBUSTÍVEL

COMPRAENERGIAELÉTRICA

CARGA ALCALINAE SULFIDEZ

FORNODE CAL

Fluxo básico de interdependências de variáveis de influência no consumo de madeira e insumos energéticos

Modelo Estrutural

Preparação

de

Madeira p/

Celulose

Digestor / Lavagem /

Pré-Branqueamento-O2

Máquina

de Papel

LAN1

Máquina

de Papel

LAN2

Evaporação

VCE

e

Evaporação

de Placas

Caldeiras

Combinadas

Óleo

e

Biomassa

1 e 2

Forno de Cal

Ca2CO3+calor

-> CaO+CO2

Estoque

Biomassa

Picada

Preparação de

Madeira p/

Energia

Caldeira

Óleo

Baixa

Pressão

3

Redutora

Licor

Negro

16%

Licor

Branco

Licor

Verde

Utilidades

Desaerador

com Recuperação

Calor

Stripper

Outros

Outros

UtilidadsC

O

L

ET

O

R

12

b

a

r

Recuperação

Turbo

Gerador

atm

-

+

cinzas

9 %

AC

AB

AM

EN

TO

Turbina

VCE

C

O

L

ET

O

R

65

b

a

r

Tanque

Acumulador

Redutora

Turbina

Bomba

Agua

Preparação

de

Biomassa p/

Energia

Refugo

Dessup.

CaustificaçãoCa2CO3+NaOH<-

CaO+Na2CO3 Na2CO3

Na2S

NaOH

Na2S

Na2CO3

RCHO-Na/S

Máquina

Desaguadora

de CeluloseBranqueamento

C

O

L

E

TO

R

4.

5

b

a

r

1

6

0

C

Caldeira de

Recuperação

RCHO-Na/S , O2

, CO2 ->

-> calor , Na2S

, Na2CO3...

(19 t/h sopragem)

Dessup.

TS-Cav RENDCEM

DB

DATS-Mad

TS-BiomTR-ÚmidoTR-Seco

Res.Ger

CAE

SULFATIV

CAA

RSP

TSS

Ger.Vapor.Rec

Produção.Cel

Vapor.Rec

Óleo-7A

CaO

AAC

Prod.Bruta-1

Prod.Bruta-2

Prod.Acab.Pap

Veloc-1g/m2-1

Veloc-2g/m2-2

%Cel-1

Cons.Cel-1

VBP-Cel

%Cel-2

Cons.Cel-2

Prod.Acab.Cel

VMP-Cel

VBP-Outr

VMP-Outr

VBP-Evp

VMP-Evp

DES-VBP

DES-VMP

Vatm

VBP-Strip

VBP-Rec

VBP-Uti

VBP-Des

VMP-Uti

VMP-Maq

VMP-M-1

VMP-M-2

VMP-M-2

VMP-M-1

VBP-Tot

VMP-Tot

Cons.Mad.EneNo.Enr

Cons.Óleo.CB

Cons.Biom

VAP

V.Cald.Biom

RED-VMP

RED-VBP

VMP-EXT

VBP-CPR

VAP-ADM

GEE

CEE

TEE

CALD3

VCE-VBP

TAC-VBP

TB-VBP

Óleo-3A

Mad.Ene

Est.BiomÓleo3A.CALD3

18

Densidade

Básica

kg.seco/m3

Teor Seco

Cavacos

%

Teor Seco

Biomassa

%

Teor Resíduo

Úmido

%

Teor Resíduo

Seco

%

Consumo

Específico

Madeira

m3/Adt

Rendimento

%

Densidade

Aparente

Madeirakg.umido/m3

Teor Seco

Madeira

%

Geração

Específica

Biomassa

kg.seco/Adt

Carga Álcali

Efetivo

% s/mad.

Carga Álcali

Ativo

kg.NaOH/Adt

Relação

Sólidos/Polpa

tss/Adt

Produção de

Celulose

Adt/d

Sulfidez

Licor Branco

%

Produção

Forno de Cal

t.Cao/Adt

Consumo

Óleo Combustível

Forno de Cal

t.óleo/t.CaO

Atividade

Licor Branco

%

Geração Vapor

Cald.Rec.

t/tss

Queima de

Licor Preto

tss/d

Geração Vapor

Cald.Rec.

t/h

Gramatura e

Velocidade

Máq.Papel-1

Produção Bruta

Máq.Papel-1

t/d

Consumo

Cel.Máqs.Papel-1/2

t/d

Gramatura e

Velocidade

Máq.Papel-2

Produção Bruta

Máq.Papel-2

t/d

Produção Acabada

de Papel

t/d

Produção Acabada

de Celulose

t/d

Vapor p/ atm

t/h

Consumo VBP

Máqs.Papel

t/h

Consumo VBP

Área Celulose

t/h

Consumo VBP

Área Utilidades

t/h

Consumo Total

VBP

t/h

Consumo VBP

Área Recuperação

t/h

Energia Elétrica

Consumo Total

MW

Consumo VMP

Máqs.Papel

t/h

Consumo VMP

Área Celulose

t/h

Energia Elétrica

Comprada

MW

Redutora

VAP p/ VMP

t/h

Consumo VMP

Área Utilidades

t/h

Consumo Total

VMP

t/h

Consumo VMP

Área Recuperação

t/h

Redutora

VAP p/ VBP

t/h

Extração VMP

Turbogerador

t/h

Geração

Energia Elétrica

t/h

Turbina VCE

VAP p/ VBP

t/h

Contrapressão VBP

Turbogerador

t/h

Turbo-bombas

VAP p/ VBP

t/h

Alimentação VAP

p/ Turbogerador

t/h

Consumo

Madeira

Cald.Biomassa

t.madeira/t.vapor

Tq. Acumulador

VAP p/ VBP

t/h

Consumo Total

VAP

t/h

Geração Vapor

Cald.Biomassa

t/h

Consumo

Óleo Combustível

Cald.Biomassa

t.óleo/t.vapor

Diagrama de Caminhos

..........

Construção das Equações por Regressão Linear Múltipla e por Balanço de Massa

19

..........Energia Elétrica

Consumo Total

MW

Consumo Total

VBP

t/h

Energia Elétrica

Comprada

MW

Redutora

VAP p/ VMP

t/h

Consumo Total

VMP

t/h

Redutora

VAP p/ VBP

t/h

Extração VMP

Turbogerador

t/h

Geração

Energia Elétrica

t/h

Turbina VCE

VAP p/ VBP

t/h

Contrapressão VBP

Turbogerador

t/h

Turbo-bombas

VAP p/ VBP

t/h

Alimentação VAP

p/ Turbogerador

t/h

Tq. Acumulador

VAP p/ VBP

t/h

20

•Custo.Mad.Cel (R$/d) = CEM(m3/Adt) . Prod.Cel(Adt/d) . Preço.Mad.Cel(R$/m3)

•Custo.Esp.Mad.Cel (R$/Adt) = CEM(m3/Adt) . Preço.Mad.Cel(R$/m3)

•Custo.Esp.Mad.VCel (R$/t.vend) = Custo.Mad.Cel(R$/d) / Prod.Vend(t/d)

•Custo.Óleo7A (R$/d) = Kg.Óleo-7A/d(kg/d) . Preço.Óleo7A(R$/kg)

•Custo.Óleo3A (R$/d) = Óleo-3A(kg/t.vapor) . V.Cald.Biom(t/h) . 24(h/d) . Preço.Óleo3A (R$/kg)

•Custo.Óleo3A.CALD3 (R$/d) = CALD3(t/h) . 24(h/d) . Óleo3A.CALD3(kg/t.vapor) . Preço.Óleo3A(R$/kg)

•Custo.Mad.Ene (R$/d) = Cons.Mad.Ene(kg/t.vapor) . V.Cald.Biom(t/h) . 24(h/d) . Preço.Mad.Ene(R$/m3)

•Custo.CEE (R$/d) = CEE(ME) . 24(h/d) . Preço.CEE(R$/MWh)

•Custo.T.Ene (R$/d) = Custo.Óleo7A (R$/d) + Custo.Óleo3A (R$/d) + Custo.CEE (R$/d) + Custo.Óleo3A.CALD3 (R$/d) + Preço.Mad.Ene(R$/m3)

•ENE.Óleo7A (MMBTU/d) = Kg.Óleo-7A/d . PCS.ÓLEO7A(MMBTU/kg)

•ENE.Óleo3A (MMBTU/d) = Kg.Óleo-3A/d . PCS.ÓLEO3A(MMBTU/kg)

•ENE.Óleo3A.CALD3 (MMBTU/d) = Kg.Óleo-3ACALD3/d . PCS.ÓLEO3A(MMBTU/kg)

•ENE.Mad.Ene (MMBTU/d) = Mad.Ene(m3/d) . PCS.Mad.Ene(MMBTU/kg)

•ENE.CEE (MMBTU/d) = CEE(MWh/d) . PCS.Mad.Ene(MMBTU/MWh)

•Total.ENE (MMBTU/d) = ENE.Óleo7A (MMBTU/d) + ENE.Óleo3A (MMBTU/d) + ENE.Óleo3A.CALD3 (MMBTU/d)

+ ENE.Mad.Ene (MMBTU/d)+ ENE.CEE (MMBTU/d)

•Custo.ENE.Esp (R$/MMBTU) = Custo.T.Ene(R$/d) / Total.Ene(MMBTU/d)

•Custo.T.Ene.Esp (R$/t.vend) = Custo.T.Ene(R$/d) / Prod.Vend(t/d)

•Custo.Total (R$/d) = Custo.Mad.Cel (R$/d) + Custo.T.Ene (R$/d)

•Custo.Total.Esp (R$/t.vend) = Custo.Total(R$/d) / Prod.Vend(t/d)

Equações para Cálculo de Custos

21

Queima de sólidos na Caldeira de Recuperação TSS/dia TSS TSS Produção de Celulose Adt/dia Produção .C el Produção .C el

Rendimento da madeira (50 a 58%) % R EN D R EN D Produção de Celulose Acabada Adt/dia Prod .A cab .C el Prod .A cab .C el

Densidade básica da madeira (460 a 530 kg/m3) kg/m3 D B D B Produção de Papel Acabado t/dia Prod .A cab .Pap Prod .A cab .Pap

% Seco da madeira picada (50 a 64%) % TS- C av TS- C av Produção de Produto Vendável (Papel+Celulose) t/dia Prod .A cab .V end Prod .A cab .V end

Carga de álcali efetivo sobre madeira,16,5-18,5% % C A E C A E

Atividade do licor branco (81 a 87%) % A TIV A T IV Consumo de madeira para celulose m3/dia M ad.C el M ad .C el

Sulfidez do licor branco (29 a 32%) % SU LF SU LF Consumo de óleo combustível 7A, fornos-cal t/dia Óleo7A - Forno Óleo7A - Forno

Consumo de óleo combustível 3A, caldeiras1/2 t/dia Óleo3 A - C B Óleo3 A - C B

Gramatura do papel - Máquina 1 (60 a 100 g/m2) g/m2 g / m2 - 1 g / m2 - 1 Consumo de óleo combustível 3A,caldeira 3 t/dia Óleo3 A - C 3 Óleo3 A - C 3

Gramatura do papel - Máquina 2 (45 a 75 g/m2) g/m2 g / m2 - 2 g / m2 - 2 Energia elétrica comprada MWh/dia C EE C EE

Consumo total de energia comprada MMBTU/dia Tot al.EN E Tot al.EN E

Vapor para redutora de 65 p/ 12 bar t/h R ED - V M P R ED - V M P

Vapor para redutora de 65 p/ 4,5 bar t/h R ED - V B P R ED - V B P Custo de madeira para celulose R$/dia C ust o .M ad .C el C ust o .M ad .C el

Vapor para tanque acumulador de vapor t/h TA C - V B P TA C - V B P Custo de madeira para celulose - específico R$/Adt C ust o .Esp .M ad .C el C ust o .Esp .M ad .C el

Vapor para turbina da bomba de água t/h TB - V B P TB - V B P Custo de madeira para celulose - específico R$/t.vend C ust oEsp .V mad .C el C ust oEsp .V mad .C el

Vapor de 4,5 bar para atmosfera t/h V at m V at m

Produção de vapor da caldeira-3 t/h C A LD 3 C A LD 3 Custo de madeira para energia R$/dia C ust o .M ad .Ene C ust o .M ad .Ene

Custo de cavacos para energia R$/dia C ust o .C av.Ene C ust o .C av.Ene

Consumo madeira para energia-máx. 300 m3/d m3/dia M ad.Ene M ad .Ene Custo de óleo combustível 7A, fornos-cal R$/dia C ust o .Óleo7A .Forno C ust o .Óleo7A .Forno

Consumo cavacos para energia-máx. 200 ton/d t/dia C av.Ene C av.Ene Custo de óleo combustível 3A, caldeiras 1/2 R$/dia C ust o .Óleo3 A .C B C ust o .Óleo3 A .C B

Consumo total de energia elétrica (45 a 65 MW) MW TEE TEE Custo de óleo combustível 3A, caldeira 3 R$/dia C ust o .Óleo3 A .C 3 C ust o .Óleo3 A .C 3

Custo da energia elétrica comprada R$/dia C ust o .C EE C ust o .C EE

Preço da madeira para celulose R$/m3 Preço .M ad .C el Preço .M ad .C el Custo total da energia comprada R$/dia C ust o .T .Ene C ust o .T .Ene

Preço da madeira para energia R$/m3 Preço .M ad .Ene Preço .M ad .Ene Custo total da energia comprada - específico R$/MMBTU C ust o .Esp .EN E C ust o .Esp .EN E

Preço dos cavacos para energia R$/t Preço .C av.Ene Preço .C av.Ene Custo total da energia comprada - específico R$/t.vend C ust o .EspV .EN E C ust o .EspV .EN E

Preço da energia elétrica R$/Mw h Preço .C EE Preço .C EE

Preço do óleo combustível 3A R$/t Preço .Óleo3 A Preço .Óleo3 A Custo total: madeira-celulose e energia comprada R$/dia C ust o .To t al C ust o .To t al

Preço do óleo combustível 7A R$/t Preço .Óleo7A Preço .Óleo7A Custo total: madeira-celulose e energia comprada R$/t.vend C ust o .To t al.Espec. C ust o .To t al.Espec.

Valores-2

RESULTADOS

Unidades Valores-1Dados de Entrada Unidades Valores-1 Dados de SaídaValores-2

22

Dados disponibilizados para o estudo de caso

23

No. Amostras Média DP

jan/04 a jun/09 Mensal Mensal A-Square P-value

Densidade básica da madeira kg.seco/m3 66 498,990 10,180 -0,466 -0,024 0,440 0,287

Densidade aparente da madeira kg.úmido/m3 66 944,200 25,010 0,451 -0,267 0,560 0,142

Teor seco da biomassa % 66 51,263 3,978 -0,131 -0,402 0,150 0,961

Teor seco dos cavacos % 66 54,894 1,706 -0,245 -0,610 0,490 0,214

Teor de resíduo umido % 66 15,695 2,122 0,167 -0,222 0,160 0,947

Teor de resíduo seco % 66 14,756 1,778 0,225 -0,422 0,250 0,737

Rendimento da madeira t.seca/Odt 66 52,664 1,998 0,589 -0,440 1,210 < 0,005

Consumo específico da madeira m3/Adt 66 4,045 0,223 0,364 -0,596 0,430 0,295

Carga de álcali ativo kg.NaOH/Adt 66 367,450 12,170 2,665 8,246 5,700 < 0,005

Atividade do licor branco % 66 84,020 1,345 -0,250 -0,671 0,790 0,039

Sulfidez do licor branco % 66 26,710 2,026 0,526 -0,436 7,920 < 0,005

Relação sólidos/polpa tss/Adt 66 1,468 0,066 -0,129 -0,963 0,570 0,133

Produção de celulose t/d 66 1185,700 111,500 -4,926 31,138 6,960 < 0,005

Geração de vapor na caldeira de recuperação t/h 66 3,024 0,082 -0,024 -1,089 0,790 0,039

Produção de cal no forno de cal kg.CaO/Adt 66 232,150 10,700 1,094 2,461 0,940 0,016

Consumo de óleo combustível no forno de cal kg/Adt 66 30,179 1,391 1,112 2,227 0,890 0,282

Gramatura da máquina-1 g/m2 66 77,080 5,147 0,184 4,768 5,150 < 0,005

Gramatura da máquina-2 g/m2 66 67,184 8,726 -0,548 -1,526 7,130 < 0,005

Consumo de VBP na celulose t/h 66 43,856 2,901 -4,249 25,627 4,750 < 0,005

Consumo de VBP na evaporação t/h 66 59,991 5,373 -2,775 13,517 2,580 < 0,005

Consumo de VBP na recuperação t/h 66 9,053 0,771 -4,747 29,728 6,450 < 0,005

Consumo de VBP no stripper t/h 66 3,650 0,340 -4,303 26,195 4,320 < 0,005

Consumo de VBP na utilidades t/h 66 7,984 0,979 -2,014 6,294 2,590 < 0,005

Consumo de VBP no desaerador t/h 66 9,459 1,804 -0,692 0,517 1,400 < 0,005

Consumo de VBP na máquina-1 t/h 66 50,685 1,236 0,759 1,703 2,250 < 0,005

Consumo de VBP na máquina-2 t/h 66 44,791 2,977 -0,498 -1,428 4,860 < 0,005

Consumo de VMP na celulose t/h 66 48,085 3,556 -2,537 11,618 1,960 < 0,005

Consumo de VMP na utilidades t/h 66 9,697 1,161 -1,992 6,163 2,570 < 0,005

Consumo de VMP na máquina-1 t/h 66 3,914 0,123 0,247 5,063 6,840 < 0,005

Consumo de VMP na máquina-2 t/h 66 3,693 0,078 -0,127 0,105 1,010 0,011

Consumo de biomassa na caldeira de biomassa kg.seco/t.vapor 41 241,470 33,160 -0,934 0,718 0,730 0,053

Consumo de madeira na caldeira de biomassa kg.seco/t.vapor 41 64,883 22,630 0,315 0,848 0,360 0,423

Consumo de óleo combustível na cald. de biomassa kg/t.vapor 41 15,188 11,370 1,123 1,003 1,240 < 0,005

Admissão de VAP no turbogerador t/h 41 269,280 23,220 -1,899 3,897 2,450 < 0,005

Extração de VMP no turbogerador t/h 41 58,496 18,493 -0,952 0,465 1,240 < 0,005

Geração de energia elétrica no turbogerador MW 41 30,815 2,590 -2,109 4,604 3,320 < 0,005

Compra de energia elétrica MW 41 28,950 2,190 1,494 4,423 1,000 0,011

Anderson-Darling Normality TestVariável Unidade Skewness Kurtosis

Histórico do Consumo Específico de Madeira e Insumos Energéticos

24

MODELAGEM DO PROCESSO DE CELULOSE E PAPEL , Critérios

• Técnica estatística : Modelagem com Regressão Linear Múltipla

• As hipóteses são confrontadas com o nível de significância de 5,0 %, seguindo os seguintes critérios :

Se na análise de variância da regressão, F > Fp,n-p ou valor-p < 0,05 , rejeita-se Ho e conclui-se que o

modelo estimado pelo procedimento de regressão apresenta significância ao nível de α = 0,05. Isto indica que no mínimo um

coeficiente do modelo é diferente de zero

Se os valores para os coeficientes das variáveis independentes apresentam valor-p < 0,05, isto é um

indicativo que elas são significamente relacionadas com a variável dependente.

Coeficiente de determinação representa se o modelo tem uma adequada habilidade de predição compararando os valores de

R-Sq , R-Sqadj e R-Sqpred e verificar se os seus valores não se diferem significativamente

Colinearidade entre as variáveis independentes : o Fator de inflação de variância (VIF) > 4, e o Coeficiente de Durbin-

Watson (DW) < 0,5 , indica a existência de variáveis correlacionadas.

Normalidade dos resíduos é utilizado as observações dos gráficos de distribuição normal dos resíduos

padronizados em escala logaritimica e do histograma dos resíduos padronizados

Variância constante dos termos do erro ou resíduos (Homoscedasticidade), utiliza-se as observações dos gráficos

dos resíduos em função dos valores preditos e das observações.

Pontos discriminantes (outliers), verifica-se o gráfico o dos resíduos padronizados em função dos valores preditos, verificando os

pontos que existem fora do intervalo entre -2 a +2. São admitidos em no máximo 5% do total de observações. 25

MODELAGEM DO PROCESSO DE CELULOSE E PAPEL , Exemplo de Ajuste

CEM - Real

CEM

- P

red

ito

4,754,504,254,003,753,50

4,75

4,50

4,25

4,00

3,75

3,50

Consumo específico de madeira Predito x Real

3,5

3,7

3,9

4,1

4,3

4,5

4,7

3,5

3,7

3,9

4,1

4,3

4,5

4,7

j/04 j/05 j/06 j/07 j/08 j/09

CEM-Predito CEM-Real

26

Predição do Consumo específico da madeira (CEM)

Standardized Residual

Pe

rce

nt

420-2-4

99,9

99

90

50

10

1

0,1

Fitted Value

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l

4,504,254,003,753,50

2

1

0

-1

-2

Standardized Residual

Fre

qu

en

cy

210-1-2

12

9

6

3

0

Observation Order

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l

65605550454035302520151051

2

1

0

-1

-2

Normal Probability Plot of the Residuals Residuals Versus the Fitted Values

Histogram of the Residuals Residuals Versus the Order of the Data

Residual Plots for CEM

Análise de Regressão : CEM x DB , TR-Seco , REND

Equação da regressão :

CEM = 12,4844 - 0,0108365 DB + 0,035583 TR-Seco - 0,067814 REND

Preditor Coef. SE Coef. T P VIF

Constant 12,484400 0,495700 25,190000 0,0000 -

DB -0,010837 0,000877 -12,360000 0,0000 1,2

TR-Seco 0,035583 0,008221 4,330000 0,0000 1,2

REND -0,067814 0,004230 -16,030000 0,0000 1,1

S = 0,06492 R-Sq = 91,9 % R-Sq(adj) = 91,4 %

PRESS = 0,2944 R-Sq(pred) = 90,8 %

Durbin-Watson statistic = 1,81267

Análise de Variança

Source DF SS MS F P

Regression 3 2,951040 0,983680 233,4100 0,0000

Residual

Error 62 0,261290 0,004210

Total 65 3,212320

Source DF Seq SS

DB 1 1,744640

TR-Seco 1 0,123260

REND 1 1,083140

Outliers

Total (0 %)

MODELAGEM DO PROCESSO DE CELULOSE E PAPEL , Equações Ajustadas

Equações do Modelo Ajustadas Estatisticamentevalor-p

Regressão

valor-p

preditores

Maior Valor

R^2 R^2-adj R^2-predVIF

Maior Valor

TS-Biom (%) = -56,694 + 1,9661 . (TS-Cav) 0,0000 0,0000 77,4000 77,1000 76,0000 -

TR-Úmido = 37,0076 - 0,40844 TS-Biom 0,0000 0,0000 87,9000 87,7000 87,1000 -

CEM = 12,32 - 0,01036385 DB + 0,036903 TR-Seco - 0,069508 REND 0,0000 0,0000 91,2000 90,7000 90,0000 1,2000

DA = 1455,59 - 0,37897 DB - 12,8988 TS-Madeira 0,0000 0,0000 89,3000 89,0000 89,0000 1,3000

RSP = 0,2821 + 0,62895 (100-REND)/REND + 0,0015977 kg.Na2CO3/AD0,0000 0,0130 85,3000 84,8000 83,9000 1,7000

+ 0,0013791 kg.AA-NaOH/Adt

Ger.Vapor.Rec(t/tss) = 4,64117 + 1,10047 . RSP 0,0000 0,0000 87,0000 86,8000 86,2000 -

Kg.CaO/Adt = - 56,694 + 0,8558 Kg.AAC/Adt 0,0000 0,0350 95,9000 95,9000 95,7000 -

Kg.Óleo-7A/t.CaO = 102,474 + 0,128959 Kg.CaO/Adt 0,0000 0,0000 97,8000 97,8000 97,6000 -

%Cel-1 = 303,0 - 7,539 g/m2-1 + 0,08481 g/m2-1^2 - 0,000319 g/m2-1^3 0,0000 0,0000 100,0000 100,0000 100,0000 -

%Cel-2 = 84,87 + 0,3927 g/m2-2 - 0,008117 g/m2-2^2 + 0,000029 g/m2-2^3 0,0000 0,0000 100,0000 100,0000 100,0000 -

VBP-Cel = 13,3 + 0,0258 Prod.Cel 0,0000 0,0000 96,7000 96,6000 96,2000 -

VMP-Cel = 13,80 + 0,02881 Prod.Cel 0,0000 0,0000 97,2000 97,1000 96,8000 -

VBP-Rec = 0,9977 + 0,006793 Prod.Cel 0,0000 0,0000 98,8000 98,8000 98,2000 -

VBP-Strip = 0,3401 + 0,002789 Prod.Cel 0,0000 0,0000 96,2000 96,1000 95,7000 -

VBP-Evap = 11,26 + 0,04094 Prod.Cel 0,0000 0,0000 95,7000 95,6000 95,2000 -

VMP-Rec (t/h) = 1,0 - - - - -

VBP-UTI = - 0,481 + 0,00408 Prod.Cel0,0000 0,0350 98,1000 98,0000 97,9000 1,0000

+ 0,0237 g/m2-1 + 0,0278 g/m2-2

VBP-Des = - 0,711 + 0,00597 Prod.Cel0,0000 0,0200 98,4000 98,4000 98,2000 1,0000

+ 0,0362 g/m2-1 + 0,0404 g/m2-2

VMP-UTI = - 0,596 + 0,00514 Prod.Cel0,0000 0,0250 98,4000 98,3000 98,2000 1,0000

+ 0,0302 g/m2-1 + 0,0353 g/m2-2

VBP-Maq1 = 27,71 + 0,2971 g/m2-1 0,0000 0,0000 91,9000 91,8000 90,9000 -

VBP-Maq2 = 22,18 + 0,3365 g/m2-2 0,0000 0,0000 97,3000 97,2000 96,8000 -

VMP-Maq1 = 3,041 + 0,01092 g/m2-1 0,0000 0,0000 91,5000 91,3000 91,1000 -

VMP-Maq2 = 3,212 + 0,006429 g/m2-2 0,0000 0,0000 95,9000 95,8000 95,5000 -

VBP-Outr = - 0,264 + 0,00222 Prod.Cel0,0000 0,0200 98,5000 98,4000 98,2000 1,0000

+ 0,0135 g/m2-1 + 0,0150 g/m2-2

VMP-Outr = - 0,0746 + 0,000628 Prod.Cel0,0000 0,0220 98,4000 98,3000 98,2000 1,0000

+ 0,00373 g/m2-1 + 0,00429 g/m2-2

Óleo-3A = 84,0 + 0,427 V.Cald.Biom - 1,85 TS-Biom0,0000 0,0000 97,6000 97,3000 96,8000 1,2000

- 0,224 Cons.Mad.Ene + 0,638 No.Enr

Kg.Biom.Seca/t.vapor = 395 - 2,61 Óleo-3A - 1,54 Cons.Mad.Ene 0,0000 0,0000 97,9000 97,8000 97,5000 1,3000

GEE(MW) = - 1,18 + 0,126 VAP-ADM (t/h) - 0,0336 VMP-EXT (t/h) 0,0000 0,0290 99,1000 99,0000 98,9000 1,300027

MODELAGEM DO PROCESSO DE CELULOSE E PAPEL , Equações do Modelo

TS-Biom (%) = -56,694 + 1,9661 . (TS-Cav)

TR-Úmido = 37,0076 - 0,40844 TS-Biom

TR-Seco = (TR-Úmido * TS-Biom)/TS-Mad

CEM = 12,32 - 0,01036385 DB + 0,036903 TR-Seco - 0,069508 REND

TS-Mad (%) = TS-Cav . (1 – TR/100) + TS-Biom . TR/100

DA = 1455,59 - 0,37897 DB - 12,8988 TS-Madeira

Res.Ger (kg.seco/Adt) = DA . CEM . TS-Mad . TR-seco

RSP = 0,2821 + 0,62895 (100-REND)/REND + 0,0015977 kg.Na2CO3/AD

+ 0,0013791 kg.AA-NaOH/Adt

Produção.Cel (ADt/d) = TSS / RSP

Ger.Vapor.Rec(t/tss) = 4,64117 + 1,10047 . RSP

Vapor.Rec (t;/h) = Ger.Vapor . TSS/24

AAC (kg.NaOH/ADt) = CAA – (CAA . SULF/100)

Kg.CaO/Adt = - 56,694 + 0,8558 Kg.AAC/Adt

Kg.Óleo-7A/t.CaO = 102,474 + 0,128959 Kg.CaO/Adt

Prod.Bruta-2 (t/d) = (Veloc-2*4,45*g/m2-2*1440)*0,965/(1000000)

Prod.Acab (t/d) = 0,946 . (Prod.Bruta-1 + Prod.Bruta-2)

%Cel-1 = 303,0 - 7,539 g/m2-1 + 0,08481 g/m2-1^2 - 0,000319 g/m2-1^3

%Cel-2 = 84,87 + 0,3927 g/m2-2 - 0,008117 g/m2-2^2 + 0,000029 g/m2-2^3

Cons.Cel-1 (ADt/d) = %Cel-1 . Prod.Bruta-1 / 100

Cons.Cel-2 (ADt/d) = %Cel-2 . Prod.Bruta-2 / 100

Prod.Acab.Cel (ADt/d) = Prod.Cel – (Cons.Cel-1 + Cons.Cel-2)

VBP-Cel = 13,3 + 0,0258 Prod.Cel

VMP-Cel = 13,80 + 0,02881 Prod.Cel

VBP-Rec = 0,9977 + 0,006793 Prod.Cel

VBP-Strip = 0,3401 + 0,002789 Prod.Cel

VBP-Evap = 11,26 + 0,04094 Prod.Cel

VMP-Rec (t/h) = 1,0

VBP-UTI = - 0,481 + 0,00408 Prod.Cel

+ 0,0237 g/m2-1 + 0,0278 g/m2-2

VBP-Des = - 0,711 + 0,00597 Prod.Cel

+ 0,0362 g/m2-1 + 0,0404 g/m2-2

VMP-UTI = - 0,596 + 0,00514 Prod.Cel

+ 0,0302 g/m2-1 + 0,0353 g/m2-2

Equações do Modelo

VBP-Maq1 = 27,71 + 0,2971 g/m2-1

VBP-Maq2 = 22,18 + 0,3365 g/m2-2

VMP-Maq1 = 3,041 + 0,01092 g/m2-1

VMP-Maq2 = 3,212 + 0,006429 g/m2-2

VBP-Outr = - 0,264 + 0,00222 Prod.Cel

+ 0,0135 g/m2-1 + 0,0150 g/m2-2

VMP-Outr = - 0,0746 + 0,000628 Prod.Cel

+ 0,00373 g/m2-1 + 0,00429 g/m2-2

VBP-Tot (t/h) = VBP-Cel + VBP-Rec + VBP-Strip

+ VBP-Evp + VBP-Util + VBP-Des

+ VBP-Maq1 + VBP-Maq2

+ VBP-Outr + Vatm

VMP-Tot (t/h) = VMP-Cel + VMP-Rec + VMP-Util

+ VMP-Maq1 + VMP-Maq2 + VMP-Outr

V.Cons (t/h) = VBP-Tot + VMP-Tot

V.Cons.Cel (t/h) = VBP-Cel + VMP-Cel

V.Cons.Rec (t/h) = VBP-Rec + VBP-Strip + VBP-Evp + VMP-Rec

V.Cons.Util (t/h) = VBP-Util + VBP-Des + VMP-Util

V.Cons.Máqs (t/h)=VBP-Maq1+VBP-Maq2+VMP-Maq1+VMP-Maq2

V.Cons.Indet (t/h) = VBP-Outr + VMP-Outr

VAP (t/h) = V.Cons – DES.VBP – DES.VMP

V.Cald.Biom (t/h) = VAP - V.Cal.Rec

Cons.Mad.Ene (kg/t.vapor)=Cons.Mad.Ene(m3/dia).

24.0,8.0,7/ (100.24.V.Cald.Biom)

Óleo-3A = 84,0 + 0,427 V.Cald.Biom - 1,85 TS-Biom

- 0,224 Cons.Mad.Ene + 0,638 No.Enr

Kg.Biom.Seca/t.vapor = 395 - 2,61 Óleo-3A - 1,54 Cons.Mad.Ene

VBP-CPR (t/h) = VBP-Tot – DES-VBP – RED-VBP – VCE-VBP

– TB-VBP – TAC-VBP – CALD3-VBP

VMP-EXTR = VMP-Tot - DES.VMP - RED.VMP

VAP-ADM (t/h) = VMP-EXTR + VBP-CPR

GEE(MW) = - 1,18 + 0,126 VAP-ADM (t/h) - 0,0336 VMP-EXT (t/h)

CEE (MW) = TEE – GEE

Equações do Modelo

28

Exemplo-1 de Simulação

Queima de sólidos na Caldeira de Recuperação TSS/dia 170 0 ,0 0 170 0 ,0 0 Produção de Celulose Adt/dia 12 3 5,10 12 3 5,10

Rendimento da madeira (50 a 58%) % 55,0 0 55,0 0 Produção de Celulose Acabada Adt/dia 3 9 8 ,53 3 9 8 ,53

Densidade básica da madeira (460 a 530 kg/m3) kg/m3 50 0 ,0 0 50 0 ,0 0 Produção de Papel Acabado t/dia 9 72 ,8 2 9 72 ,8 2

% Seco da madeira picada (50 a 64%) % 58,00 50,00 Produção de Produto Vendável (Papel+Celulose) t/dia 13 71,3 5 13 71,3 5

Carga de álcali efetivo sobre madeira,16,5-18,5% % 17,50 17,50

Atividade do licor branco (81 a 87%) % 8 5,0 0 8 5,0 0 Consumo de madeira para celulose m3/dia 4735,94 4897,59

Sulfidez do licor branco (29 a 32%) % 3 0 ,0 0 3 0 ,0 0 Consumo de óleo combustível 7A, fornos-cal t/dia 3 4 ,58 3 4 ,58

Consumo de óleo combustível 3A, caldeiras1/2 t/dia 0,00 55,37

Gramatura do papel - Máquina 1 (60 a 100 g/m2) g/m2 75,0 0 75,0 0 Consumo de óleo combustível 3A,caldeira 3 t/dia 0 ,0 0 0 ,0 0

Gramatura do papel - Máquina 2 (45 a 75 g/m2) g/m2 6 8 ,0 0 6 8 ,0 0 Energia elétrica comprada MWh/dia 6 6 7,6 8 6 6 7,6 8

Consumo total de energia comprada MMBTU/dia 6 .3 0 8 ,3 3 8 .8 2 6 ,4 8

Vapor para redutora de 65 p/ 12 bar t/h 0 ,0 0 0 ,0 0

Vapor para redutora de 65 p/ 4,5 bar t/h 0 ,0 0 0 ,0 0 Custo de madeira para celulose R$/dia 355.195,74 367.319,08

Vapor para tanque acumulador de vapor t/h 0 ,0 0 0 ,0 0 Custo de madeira para celulose - específico R$/Adt 287,58 297,40

Vapor para turbina da bomba de água t/h 0 ,0 0 0 ,0 0 Custo de madeira para celulose - específico R$/t.vend 259,01 267,85

Vapor de 4,5 bar para atmosfera t/h 0 ,0 0 0 ,0 0

Produção de vapor da caldeira-3 t/h 0 ,0 0 0 ,0 0 Custo de madeira para energia R$/dia 20.141,25 22.500,00

Custo de cavacos para energia R$/dia 0 ,0 0 0 ,0 0

Consumo madeira para energia-máx. 350 m3/d m3/dia 268,55 300,00 Custo de óleo combustível 7A, fornos-cal R$/dia 2 7.6 6 2 ,4 3 2 7.6 6 2 ,4 3

Consumo cavacos para energia-máx. 200 ton/d t/dia 0 ,0 0 0 ,0 0 Custo de óleo combustível 3A, caldeiras 1/2 R$/dia 0,00 47063,05

Consumo total de energia elétrica (45 a 65 MW) MW 6 1,0 1 6 1,0 1 Custo de óleo combustível 3A, caldeira 3 R$/dia 0 ,0 0 0 ,0 0

Custo da energia elétrica comprada R$/dia 150.228,68 150.228,44

Preço da madeira para celulose R$/m3 75,0 0 75,0 0 Custo total da energia comprada R$/dia 198.032,36 247.453,92

Preço da madeira para energia R$/m3 75,0 0 75,0 0 Custo total da energia comprada - específico R$/MMBTU 3 1,3 9 2 8 ,0 4

Preço dos cavacos para energia R$/t 14 5,0 0 14 5,0 0 Custo total da energia comprada - específico R$/t.vend 144,41 180,45

Preço da energia elétrica R$/Mw h 2 2 5,0 0 2 2 5,0 0

Preço do óleo combustível 3A R$/t 8 50 ,0 0 8 50 ,0 0 Custo total: madeira-celulose e energia comprada R$/dia 553.228,10 614.773,00

Preço do óleo combustível 7A R$/t 8 0 0 ,0 0 8 0 0 ,0 0 Custo total: madeira-celulose e energia comprada R$/t.vend 403,42 448,30

Valores-2

*** / *** --> O consumo de óleo nas calds.1/2 não deve ser negativo, sendo necessário ajustar o consumo de madeira e/ou cavacos para energia, de forma a obter no mínimo zero em consumo de óleo.

Unidades Valores-1Dados de Entrada Unidades Valores-1 Dados de SaídaValores-2

29

T o ras de Eucaliptus R end iment o To t al C avaco s de Eucaliptus

3,83 m3/ A dt 4 7,2 4 % 2 0 2 1,0 7 t on.seca/ d ia P ro dução C elulo se C elulo se A cabada

4 73 5,9 4 m3 / d ia % Seco R end iment o ,% 12 3 5,10 A dt/ dia 3 9 8 ,53 A D t / d ia

2 3 53 ,0 8 t on.seca/ d ia 58,00 55,00

D ensidade B ásica 2 3 8 ,9 0 t / h

500,00 kg .seco / m3 15 , 8 5

D ensidade A parent e Ú mida B iomassa C arga A lcalina 4 ,6 9 t / h 50 ,2 2 t / h

9 0 7,9 3 kg .úmido / m3 17,50 % A E,N aOH 56 5,8 1 t / d ia

D ensidade A parent e Seca % Seco 2 0 ,59 % A A ,N aOH 4 5,12 t / h 3 ,8 7 t / h 75,00 g/ m2

50 0 ,11 kg .seco / m3 57,3 4 3 3 6 ,9 0 kg .N aOH.A A / A dt 6 2 ,2 6 t / h1220 m/min

D ensidade A parent e Á gua Teor R esí duos Ú mido ,% A t ividade Licor B ranco 6 9 ,3 5 t / h 4 5,0 6 t / h4 53 ,11

4 0 7,8 2 kg .água/ m3 13 ,4 7 85,00 % 2 ,0 8 t / h 10 ,13 t / h 4 6 2 ,54 t / d ia

% Seco Teor R esí duos Seco ,% 59 ,4 5 kg .N a2 C O3 / A dt 1,15 t / h 3 ,70 t / h 68,00 g/ m2

57,9 1 % 13 ,0 0 Sulf idez Licor B ranco TSS/ A dt 7,56 t / h1100 m/min

kg .b iomassa.seca/ A dt 30,00 % 1,3 76 4 3 8 3 ,4 6

2 6 8 ,8 1 Á lcali A t ivo C onvert ido Queima, TSS/ d ia 4 9 ,50 t / h 3 ,79 t / h 9 4 ,6 2 t / h, V apor C el.

t .seca/ d ia 2 3 5,8 3 kg .N aOH.A A / A dt 170 0 ,0 01,0 0 t / h C onsumo 10 2 ,8 5 t / h, V apor Papel

3 3 2 ,0 0 6 1,0 1 Energ ia 9 ,3 9 t / h 110 ,79 t / h, V apor U t i/ R ec

0 ,0 0 t / hM W

Elét r ica 3 0 8 ,2 5 t / h, V apor To t al

0,00 t / h 2 3 8 ,9 0 t / h, V apor B aixa Pressão

Óleo - 7A0 ,0 0

6 7,2 7 t / h Energ ia 6 9 ,3 5 t / h, V apor M éd ia Pressão

13 0 ,0 0 kg / t .C aO Elét r ica 0 ,0 0 t / h

2 8 ,0 0 kg / A dt 2 15,3 55 kg .C aO/ A dt V apor/ t ss, t / t 3 0 6 ,17 ? Gerada Energ ia Elét r ica C omprada

34,58 t/dia 2 6 6 ,0 t .C aO/ d ia 3 ,12 50V apor, t / h M W 3 3 ,19 27,82 MW

221,36 2 9 0 ,3 2 9 8 ,1% 2 2 3 ,0 5 t / h 8 ,3 5 t / h 667,68 MWh/dia

B iomassa V apor, t / h 15,8 5 15,8 5 t / h 10 ,0 2 t / h

t .seca/ d ia 159 ,3 6 kg .seco / t .vapor 84,81

7,6 13 2 4 ,3 9 t .seca/ d ia 0 ,0 0 0,00 t / h

C avacos ( 70 % seco ) 57,3 4 % Seco 0,00 t / h 6 9 kg / t .vapor

0,00 t/dia 0 ,0 0 0,00 t / h 0,000 t / d ia

M adeira ( 70 % seco ) Óleo - 3 A , t / d ia

268,55 m3/dia M adeira, kg .seco / t .vapor No.Buchas 4 0 ,0 0 0,00 t / h 0,002

73 ,8 8 kg / t .vapor t / d ia

0 ,0 0 0,002

Preparaçãode

Madeira p/ Celulose

Digestor / Lavagem / Pré-Branqueamento-O2

Máquina de Papel LAN1

Caldeirade

RecuperaçãoRCHO-Na/S , O2 , CO2 ->

-> calor , Na2S , Na2CO3...

(19 t/h sopragem)

Máquina de Papel LAN2

MáquinaDesaguadora

de CeluloseBranqueamento

EvaporaçãoVCE

e

Evaporação

de Placas

CaldeirasCombinadas

Óleo

e

Biomassa1 e 2

Forno de CalCa2CO3+calor->CaO+CO2

EstoqueBiomassa

Picada

Preparação deMadeira p/ Energia

COLETO

R

4.5

bar

160

C

Caldeira ÓleoBaixa Pressão

3

Redutora

˜

LicorNegro16%

LicorBranco

LicorVerde

Utilidades

Desaerador com Recuperação

Calor

Stripper

Outros

Outros

Util.COLETO

R

12

bar Recuperação

Dessup.

TurboGerador

atm

+

-

cinzas9 %

ACABAMENTO

TurbinaVCE

COLET

OR

65

bar

TanqueAcumulado

Redutora

TurbinaBomba Agua

Preparaçãode

Biomassa p/ Energia

Refugo 5,4 %

Dessup.

CaustificaçãoCa2CO3+NaOH<-CaO+Na2CO3 Na2CO3

Na2S

NaOHNa2SNa2CO3

RCHO-Na/S

Situação - 1

30

Situação - 2

T o ras de Eucaliptus R end iment o To t al C avaco s de Eucaliptus

3,97 m3/ A dt 4 5,6 6 % 2 0 2 1,0 7 t on.seca/ d ia P ro dução C elulo se C elulo se A cabada

4 8 9 7,59 m3 / d ia % Seco R end iment o ,% 12 3 5,10 A dt/ dia 3 9 8 ,53 A D t / d ia

2 4 3 4 ,3 4 t on.seca/ d ia 50,00 55,00

D ensidade B ásica 2 3 8 ,9 0 t / h

500,00 kg .seco / m3 15 , 8 5

D ensidade A parent e Ú mida B iomassa C arga A lcalina 4 ,6 9 t / h 50 ,2 2 t / h

10 3 1,56 kg .úmido / m3 17,50 % A E,N aOH 56 5,8 1 t / d ia

D ensidade A parent e Seca % Seco 2 0 ,59 % A A ,N aOH 4 5,12 t / h 3 ,8 7 t / h 75,0 0 g/ m2

4 8 0 ,3 8 kg .seco / m3 4 1,6 1 3 3 6 ,9 0 kg .N aOH.A A / A dt 6 2 ,2 6 t / h1220 m/min

D ensidade A parent e Á gua Teor R esí duos Ú mido ,% A t ividade Licor B ranco 6 9 ,3 5 t / h 4 5,0 6 t / h4 53 ,11

551,18 kg .água/ m3 19 ,6 6 85,00 % 2 ,0 8 t / h 10 ,13 t / h 4 6 2 ,54 t / d ia

% Seco Teor R esí duos Seco ,% 59 ,4 5 kg .N a2 C O3 / A dt 1,15 t / h 3 ,70 t / h 6 8 ,0 0 g/ m2

4 8 ,3 5 % 17,8 8 Sulf idez Licor B ranco TSS/ A dt 7,56 t / h1100 m/min

kg .b iomassa.seca/ A dt 30,00 % 1,3 76 4 3 8 3 ,4 6

3 3 4 ,6 1 Á lcali A t ivo C onvert ido Queima, TSS/ d ia 4 9 ,50 t / h 3 ,79 t / h 9 4 ,6 2 t / h, V apor C el.

t .seca/ d ia 2 3 5,8 3 kg .N aOH.A A / A dt 170 0 ,0 01,0 0 t / h C onsumo 10 2 ,8 5 t / h, V apor Papel

4 13 ,2 7 6 1,0 1 Energ ia 9 ,3 9 t / h 110 ,79 t / h, V apor U t i/ R ec

0 ,0 0 t / hM W

Elét r ica 3 0 8 ,2 5 t / h, V apor To t al

0,00 t / h 2 3 8 ,9 0 t / h, V apor B aixa Pressão

Óleo - 7A0 ,0 0

6 7,2 7 t / h Energ ia 6 9 ,3 5 t / h, V apor M éd ia Pressão

13 0 ,0 0 kg / t .C aO Elét r ica 0 ,0 0 t / h

2 8 ,0 0 kg / A dt 2 15,3 55 kg .C aO/ A dt V apor/ t ss, t / t 3 0 6 ,17 ? Gerada Energ ia Elét r ica C omprada

34,58 t/dia 2 6 6 ,0 t .C aO/ d ia 3 ,12 50V apor, t / h M W 3 3 ,19 27,82 MW

221,36 2 9 0 ,3 2 9 8 ,1% 2 2 3 ,0 5 t / h 8 ,3 5 t / h 667,68 MWh/dia

B iomassa V apor, t / h 15,8 5 15,8 5 t / h 10 ,0 2 t / h

t .seca/ d ia 111,51 kg .seco / t .vapor 84,81

18 6 ,2 92 2 6 ,9 8 t .seca/ d ia 0 ,0 0 0,00 t / h

C avacos ( 70 % seco ) 4 1,6 1 % Seco 0,00 t / h 6 9 kg / t .vapor

0,00 t/dia 0 ,0 0 0,00 t / h 0,000 t / d ia

M adeira ( 70 % seco ) Óleo - 3 A , t / d ia

300,00 m3/dia M adeira, kg .seco / t .vapor No.Buchas 4 0 ,0 0 0,00 t / h 55,368

8 2 ,53 kg / t .vapor t / d ia

2 7,2 0 55,368

Preparaçãode

Madeira p/ Celulose

Digestor / Lavagem / Pré-Branqueamento-O2

Máquina de Papel LAN1

Caldeirade

RecuperaçãoRCHO-Na/S , O2 , CO2 ->

-> calor , Na2S , Na2CO3...

(19 t/h sopragem)

Máquina de Papel LAN2

MáquinaDesaguadora

de CeluloseBranqueamento

EvaporaçãoVCE

e

Evaporação

de Placas

CaldeirasCombinadas

Óleo

e

Biomassa1 e 2

Forno de CalCa2CO3+calor->CaO+CO2

EstoqueBiomassa

Picada

Preparação deMadeira p/ Energia

COLETO

R

4.5

bar

160

C

Caldeira ÓleoBaixa Pressão

3

Redutora

˜

LicorNegro16%

LicorBranco

LicorVerde

Utilidades

Desaerador com Recuperação

Calor

Stripper

Outros

Outros

Util.COLETO

R

12

bar Recuperação

Dessup.

TurboGerador

atm

-

+

cinzas9 %

ACABAMENTO

TurbinaVCE

COLET

OR

65

bar

TanqueAcumulado

Redutora

TurbinaBomba Agua

Preparaçãode

Biomassa p/ Energia

Refugo 5,4 %

Dessup.

CaustificaçãoCa2CO3+NaOH<-CaO+Na2CO3 Na2CO3

Na2S

NaOHNa2SNa2CO3

RCHO-Na/S

31

Exemplo-2 de Simulação

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

4,2

4,4

4,6

4,8

5,0

285 290 295 300 305 310 315

200

220

240

260

280

300

320

340

285 290 295 300 305 310 315

120

140

160

180

200

220

240

260

285 290 295 300 305 310 315

380

400

420

440

460

480

500

520

285 290 295 300 305 310 315

Consumo de Vapor , t/h

Redução

Consumo de Vapor , t/h

Redução

Consumo de Vapor , t/h

Redução

Consumo de Vapor , t/h

Redução

TS-Mad = 50% TS-Mad = 50%TS-Mad = 60%TS-Mad = 60%

TS-Mad = 50%Preço CEE = 350

TS-Mad = 50%Preço CEE = 225

TS-Mad = 60%Preço CEE = 350

TS-Mad = 60%Preço CEE = 225

TS-Mad = 50%Preço CEE = 350

TS-Mad = 50%Preço CEE = 225

TS-Mad = 60%Preço CEE = 350

TS-Mad = 60%Preço CEE = 225

CEM , m3/ADt Custo Esp. Madeira , R$/t.vend.

Custo Esp. Energéticos , R$/t.vend. Custo Esp. Total , R$/t.vend.

Toda redução no consumo de vapor da fábrica, antes de ser efetivado, deve ser avaliado qual o

impacto no sistema de cogeração, pois apesar de reduzir combustível na caldeira de biomassa

em contrapartida ocorre perda de geração de energia elétrica e consequentemente maior

compra da concessionária.

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Custo Total

395

420

445

470

495

520

48 30252 29656 Cons.Vapor290TS-Mad 60

Custo Total de Madeira para Celulose e Insumos Energéticos

Preço da Energia Elétrica Comprada de 225,00 R$/MWhR$/t.vend

Custo Total

395

420

445

470

495

520

48 30252 29656 Cons.Vapor290TS-Mad 60

Custo Total de Madeira para Celulose e Insumos Energéticos

Preço da Energia Elétrica Comprada de 350,00 R$/MWhR$/t.vend

33

34

CONSIDERAÇÕES FINAIS, Conclusões

Importância de analisar o processo de produção de celulose e papel envolvendo todas

as suas etapas de fabricação, quando decisões setoriais de alterações em variáveis do

processo de fabricação são levadas adiante.

Verificar se a utilização da técnica de modelagem com regressão linear múltipla seria

uma ferramenta viável, alternativa aos modelos teóricos (com base fenomenológica), na

modelagem de um processo de complexidade reconhecida na interdependência entre as

inúmeras variáveis que possam influenciar no resultado econômico do negócio.

Com base nos resultados obtidos, é possível concluir que a utilização da modelagem com

a utilização da técnica de regressão linear múltipla é uma ferramenta válida e de fácil

utilização para a avaliação de resultados econômicos em processo de produção de

celulose, quando alterações de variáveis ou de preços de madeira de eucalipto e insumos

energéticos ocorrem.

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• Decisões para contraposições podem ser melhor avaliadas se adequadamente

quantificadas economicamente, como por exemplos REAIS :

• Em 2009, numa fábrica integrada, uma redução na produção de celulose de

mercado, mantendo a produção de papel, face a dificuldades do mercado de celulose, pode

reduzir custos de inventário, no entanto, a conseqüente redução na geração de vapor da

caldeira de recuperação e no consumo de vapor, pode representar maior consumo de

combustíveis e menor geração de energia elétrica, aumentando o custo de fabricação de

celulose e papel, dependendo dos preços destes insumos.

Após análise econômica, a decisão foi de manter a produção de celulose e aumentar

os estoques, mantendo os custos de fabricação.

• Em 2010 na renovação do contrato de compra de energia elétrica ocorreu considerável

aumento de preço face a alta demanda no mercado. Redução no consumo de vapor e/ou

produção na fábrica, poderia representar redução no consumo de combustíveis das

caldeiras e forno de cal compensando o aumento de custo na energia elétrica.

No entanto, a redução nos turbo-geradores, de geração de energia elétrica associada ao

menor consumo de vaporimplicava em aumentar a compra de energia elétrica.

A decisão foi aquisição de um secador de biomassa (programa capital com TIR de 25%

ROI de 32% e PB 2,8 anos) para redução no consumo de madeira de energia.

36

Destaca-se, portanto, pelos exemplos citados e pelas simulações efetuadas a importância

da análise de maior abrangência antes de tomadas de decisões nas alterações de variáveis

de processo e estratégias operacionais, sendo esta demonstração com a utilização de

técnicas estatísticas, o principal aporte desta dissertação de mestrado.

Espera-se que este trabalho possa beneficiar profissionais, estudantes, professores e

pesquisadores do setor de fabricação de celulose e papel, contribuindo para esclarecer

as potencialidades no aprimoramento das decisões operacionais no processo industrial.

Ressalta-se que um ponto de preocupação sempre presente neste trabalho foi de alertar

para que o uso de técnicas estatísticas não seja feita de forma indiscriminada e

descuidada, sendo de fundamental importância que antes de sua aplicação, o modelo

estrutural proposto seja fortemente fundamentado nos conceitos inerentes a engenharia do

processo estudado, face ao caráter descritivo deste tipo de pesquisa.

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CONSIDERAÇÕES FINAIS, Perspectivas Futuras

• Estudo e aplicação de modelos estatísticos adaptáveis a pequenas diferenças de processo

entre fábricas.

• Construção de modelos de predição utilizando-se de uma estrutura de rede neural,

estudando a melhor arquitetura de redes para o modelo estrutural.

• Ampliar a abrangência deste trabalho para as demais variáveis de importância econômica

no processo de produção de celulose e papel, tais como o consumo de químicos no

branqueamento e outras utilidades.

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