UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

           Departamento de Engenharia Florestal
              Laboratório de Celulose e Pa...
Oliveira, Edson Luiz de, 1965.
         Monografia: Condicionamento dos Feltros da
         Máquina de Papel/ Edson Luiz d...
EDSON LUIZ DE OLIVEIRA




         CONDICIONAMENTO DE FELTROS NAS MÁQUINAS DE PAPEL




                                 ...
AGRADECIMENTOS




        Este trabalho é fruto da colaboração de muitas pessoas que dedicaram seu tempo e
sua atenção. A...
SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

RESUMO

ABSTRACT

1. Revisão Bibliográfica .....................................
1.4.1.3. Sistema de vácuo e caixas de sucção ................................................................................
3. Estudo de Caso............................................................................................................
Lista de Figuras


Figura 1 – Resistência à tensão x consistência da folha de papel .........................................
Figura 38– Perfil de Scampro mostrando diferença de aplicação de pressão manométrica , com menor
        pressão no lado F...
Lista de Tabelas

Tabela 1- Características das fibras de poliamida em relação ao diâmetro dos fios..........................
Resumo


        A finalidade deste trabalho é fazer um estudo sobre o condicionamento dos feltros
das prensas das máquina...
Abstract


         The main purpose of this material is to, based on its paper machine press felt
conditioning concepts a...
Introdução


        A folha de papel na saída da caixa de entrada, tem aproximadamente 1% de teor
seco. Na zona de formaç...
máquinas da Votorantim Celulose e Papel, de Luiz Antônio. Para tanto é necessária uma
exposição de temas como os conceitos...
Os capítulos 5 e 6 trazem as conclusões finais e sugestões, respectivamente, com
respeito a melhorias possíveis no sistema...
1. Revisão Bibliográfica

         O estudo que se segue neste capítulo, visa reunir informações a respeito do
condicionam...
Figura 1 – Resistência à tensão x consistência da folha de papel



           Em relação ao sentido de fluxo, a água se c...
1.1.1.3. Etapas da Prensagem
        O comportamento da folha e da água no nip tem influência do tipo de rolo, feltros e
p...
Etapa 1: começa na entrada da zona de contato, onde se inicia a curva de
prensagem (composição externa) e estende-se até o...
• operacionalidade
         • qualidade da folha
         Além disso a necessidade de maior eficiência de funcionamento na...
Figura 3 - Prensa Lisa


          A folha recebe uma pressão distribuída mais uniformemente, devido ao espaço
mais contín...
Figura 4 - Prensa de Sucção




1.1.2.4. Prensas com Furos Cegos
         As prensas com furos cegos possuem basicamente, ...
1.1.2.5. Prensa de nip estendido
         A qualidade de papéis pouco drenáveis, devido à resistência à drenagem ou devido...
As prensas de sapata trazem vantagens como o aumento do teor seco da folha,
melhora da qualidade do papel e aumento da pro...
1.2.     Feltros para as prensas


           Os processos de fabricação de papel, tem se desenvolvido juntamente com as
m...
O feltro é construído a partir de uma base tecida, com características próprias para cada
posição da prensa, e uma manta f...
1.2.2.    Processo de Fabricação do Feltro


          A construção de um feltro envolve dois processos distintos: a const...
1.2.2.1. Fabricação do Pano base
         Piton (2001), em seu trabalho, escreve que o inicio do processo de fabricação é ...
O processo seguinte é a tecelagem do pano base. Aqui ocorre uma evolução de um
desenho previamente estabelecido de acordo ...
O processo seguinte é a temofixação do pano base. Consiste em fixar o formato em
que os fios ficaram após a tecelagem. O p...
Figura 13– Cardagem: processo de transformação de flocos em véu.



1.2.2.3. Agulhamento
         O agulhamento consiste n...
Figura 14– Agulhamento do véu sobre o pano base.


1.2.3.   Propriedades Técnicas
         As principais propriedades de u...
A gramatura influencia na capacidade de manuseio da água e também na compressibilidade
do feltro.
         O feltro deve p...
1.2.3.4. Compressibilidade e Volume Vazio
        As propriedades de compressão mecânica de um feltro afetam a largura do ...
A figura 16 mostra a mudança da espessura dos feltros sob a pressão no nip.
Ambos os feltros têm a mesma espessura inicial...
3 - Feltro contra rolo venta nip e shoe-prees com duplo feltro.
4 - feltro contra manta da shoe-press com único feltro
   ...
Feltro com pior superfície                                      Feltro com melhor
                                        ...
1.3.     Principais problemas dos feltros durante sua vida útil
           Os feltro úmidos de última geração são fabricad...
Os depósitos orgânicos podem incluir uma gama até mais larga de materiais.
Materiais que a maioria das vezes, a amostra, d...
b) – Finos de papel: são pequenas partículas de fibras que penetram mais nas camadas
              da manta em contato com...
Tabela 3– % de material de entupimento de um feltro – fibra reciclada
                                                    ...
prensas duplamente feltradas ocorre o acompanhamento da folha. Isto acarreta redução da
eficiência de prensagem e conseqüe...
As condições para ocorrer o ataque químico do feltro são:
   -   Concentração acima do normal de cloro residual (> 0,5 ppm...
1.4. Condicionamento dos Feltros
         O setor de prensas úmidas da máquina de papel é uma parte crítica do processo
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2
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Este tópico descreve as principais metodologias utilizadas nas máquinas de papel,
podendo ocorrer a aplicação de um ou out...
Largura de cobertura = (distância entre bicos até o feltro) x tan (ângulo/2)


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Figura 21– Distribuição de água at...
Condicionamento De Feltros   Edson Oliveira
Condicionamento De Feltros   Edson Oliveira
Condicionamento De Feltros   Edson Oliveira
Condicionamento De Feltros   Edson Oliveira
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Condicionamento De Feltros Edson Oliveira

  1. 1. 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
  2. 2. 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
  3. 3. 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)
  4. 4. 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.
  5. 5. 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 II
  6. 6. 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 III
  7. 7. 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 IV
  8. 8. 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 V
  9. 9. 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 VI
  10. 10. 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 VII
  11. 11. 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. VIII
  12. 12. 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. IX
  13. 13. 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 1
  14. 14. 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. 2
  15. 15. 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. 3
  16. 16. 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. 4
  17. 17. 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. 5
  18. 18. 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 6
  19. 19. Etapa 1: 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. Etapa 2: 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. Etapa 3: 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. Etapa 4 : 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 7
  20. 20. • 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. 8
  21. 21. 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. 9
  22. 22. 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 10
  23. 23. 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 11
  24. 24. 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. 12
  25. 25. 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. 13
  26. 26. 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. 1 2 3 4 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 (µm) µ 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 14
  27. 27. 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. Pano Manta base Matéria Mistura da Matéria Prima Prima Retorcimento e Urdição. Cardagem Tecelagem Pré-agulhamento Termofixação Agulhamento Preparação da emenda Acabamento Feltro Inspeção Figura 8 - Fluxograma do processo de fabricação do feltro 15
  28. 28. 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. Fio singelo Fio retorcido 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). 16
  29. 29. 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). Laje Simples Laje Dupla Laje Tripla 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 17
  30. 30. 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. 18
  31. 31. 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. 19
  32. 32. 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). 20
  33. 33. 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. 21
  34. 34. 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. Pressão (MPa) Estrutura compressível Estrutura incompressível Largura do Nip (mm) Figura 15– Largura do nip em função do aumento da pressão 22
  35. 35. 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. 9 8 7 6 MPa 5 4 3 2 1 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 mm 3,5 4 Compressível Incompressível 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. 23
  36. 36. 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. 24
  37. 37. Feltro com pior superfície Feltro com melhor superfície Rolo Feltro Folha Rolo Diferente distribuição da Distribuição igual da pressão pressão Figura 17– Comparativo de distribuição da pressão no nip em função da superfície do feltro. 25
  38. 38. 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. 26
  39. 39. 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. 27
  40. 40. 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 Tipos de Papéis Finos 1,6 – 1,8 1,5 – 2,0 1,2 – 2,0 4,3 – 5,8 Celulose 0,0 – 0,1 1,5 – 5,5 0,6 – 1,9 2,1 – 7,5 28
  41. 41. 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 Tipos de Papéis Tissue 1* 1,0 – 6,0 1,6 - 2,2 1,0 – 5,0 3,6 – 13,2 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 29
  42. 42. 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. 30
  43. 43. 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. 31
  44. 44. 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) Ø do Pressão Vazão Distância Nº Aplicação Função Tipo bico kgf/cm2 lpm/cm (mm) (mm) Chuveiro químico e de Leque valor 1 Inundação 2,8 a 4,2 2,4 100 inundação oscilante calculado Limpeza de telas e Jato 0,091 a 2 Chuveiro interno 14,1 a 24,6 1,0 75 a 150 feltros oscilante 0,102 Limpeza de telas e Jato 0,091 a 3 Chuveiro externo 10,5 a 21,0 1,0 150 a 200 feltros oscilante 0,102 Lubrificação da Selagem da superfície Leque 0,102 a 4 1,8 a 2,1 1,4 200 caixa de vácuo do feltro e lubrificação oscilante 0,134 Lubrificação de Lubrificação da lâmina Leque 0,102 a 5 1,8 a 2,8 1,4 200 raspas no rolo estacionário 0,134 Limpeza do rolo de Jato 0,374 a 6 Limpeza 24,6 a 35,0 1,0 100 sucção oscilante 0,728 Limpeza rolo Leque 0,728 a 7 ranhurado (> 426 Limpeza 4,2 a 5,6 2,4 100 estacionário 0,831 m/min) Limpeza rolo Leque 0,268 a 7 ranhurado (< 426 Limpeza 4,2 a 5,6 2,4 100 estacionário 0,343 m/min) Alta pressão 8 Limpeza de manchas jato 10,5 a 21,0 - 1,0 100 a 200 atravessador 32
  45. 45. 2 2 3 4 4 5 84 4 5 5 1 6 7 7 1 6 7 1 1 7 5 2 8 35 4 4 4 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. 33
  46. 46. 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: 34
  47. 47. Largura de cobertura = (distância entre bicos até o feltro) x tan (ângulo/2) Bico 450 300 mm Feltro 125 mm 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. 35
  48. 48. "zonas de incerteza” minimo média máximo 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 . . 36
  49. 49. 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 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 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 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. 37

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