Tecnologias em refinadores de baixa consistência

Há uma grande quantidade de modelos de refinadores de baixa consistência desenvolvidos ao longo da história por diversos fabricantes do setor de Celulose e Papel. Desde as chamadas "holandesas" até os refinadores mais modernos de cones, discos e cilíndricos, muitos desenvolvimentos foram feitos nestes equipamentos, fundamentais para o processo de produção de papel. 

Este breve artigo técnico revisa os principais refinadores utilizados.

Introdução

Os refinadores são ferramentas fundamentais no processo de produção de papel. Eles fazem o tratamento físico da fibra, alterando sua anatomia e, consequentemente, ajustando suas propriedades para um determinado objetivo. 

Devido às características do processo e do equipamento, ele é altamente intensivo no consumo de energia. Esta energia é distribuída de diferentes formas no fluido a ser refinado. Parte relevante da energia é gasta no bombeamento da massa, que encontra-se a 4% de consistência. Outra parte da energia é  gasta no acionamento do conjunto mecânico, outra parte no aquecimento do meio (perdas térmicas), e então uma fração de toda a energia aplicada é efetivamente transferida às fibras e responsável pela ação de refino. 

Toda a energia não aplicada na fibra é chamada de Potência em Vazio, ou No-Load. O No-Load é dado pela fórmula: 

Po (kW) = k x N² x D⁴

 

onde:
Po: potência em vazio, em kW
k: constante
N: velocidade, RPM
D: diâmetro do refinador, em mm

É possível verificar acima que o No-Load é proporcional ao quadrado da rotação do refinador, e à quarta potência do diâmetro. Portanto, neste quesito os refinadores cônicos e cilíndricos têm vantagem sobre os de discos. 

Outro fator importante na construção do refinador é a forma que o elemento rotativo está suportado. No passado os refinadores cônicos eram suportados em ambos os lados, o que proporcionava boa estabilidade, porém, havia a dificuldade em se trocar os segmentos de refinação. Os refinadores de discos têm vantagem neste ponto, porém, seu maior diâmetro os torna ligeiramente menos eficientes que os cônicos. Com o projeto dos cônicos no sistema em balanço (cantilever), pode-se unificar os benefícios de ambos os projetos. 

 

Refinadores de baixa consistência mais comuns

1. Discos simples
Composto de 1 disco rotativo e 1 estacionário. Pouco utilizado nas aplicações de baixa consistência, mas com bastante uso em aplicações de média (12%) e alta consistência (>30%). 

 

Refinador de Disco Simples, Valmet

2. Discos duplos
Composto de 2 discos estacionários e 1 disco rotativo com dupla face de refino. São os modelos mais comuns na indústria. Possuem baixo custo aliado à fácil operação, uso otimizado da região de refino e fácil manutenção. 

 

Refiner TriDrisc, Andritz Pilão

TwinFlo

3. Multidisco
Composto de mais de 1 disco rotativo. Não possuem uma ampla base instalada,  mas a proposta é explorar o conceito de discos rotativos de dupla face, otimizando o uso da região de refino. 

 

Patente do refinador Multidisco

 

4. Cônicos
Os discos são substituídos por cones, cujo objetivo principal é reduzir o diâmetro do refinador, já que como foi visto acima o No-Load é função do diâmetro elevado à quarta potência. Nestes refinadores existem os cone simples, compreendendo em apenas 1 cone estático e outro rotativo com apenas 1 face de refino, e o tricônico, onde há um cone rotativo com dupla face de refino e 2 cones estacionários.

 

Triconic Andritz Pilão

 

Optifiner (Conflo), Valmet

 

5. Cilíndricos
Têm como base o mesmo princípio dos cones, que é a redução do No-Load através  da redução do diâmetro do refinador. Os refinadores cilíndricos têm este nome por possuírem um cilindro rotativo com uma face simples e outro cilindro estacionário.

 

Refinador Papillon, Andritz

Sumário

• Há diversos modelos de refinadores utilizados na indústria de papel e celulose. Os diferentes modelos levam em consideração aspectos construtivos. Estes aspectos buscam otimizar o desempenho do equipamento, aumento a eficiência através da redução do No-Load e incremento da área de refino sem o aumento do diâmetro.
• Refinadores de discos duplos são mais comuns na indústria, juntamente com os cônicos e tricônicos.

Referências

http://www.andritz.com/pt/pp-stockpreparation-lowconsistency-refining-papillon.pdf

http://www.valmet.com/products/board-and-paper-mills/stock-preparation/refining-and-deflaking/axial-flow-refiners/