9 - Caixa de entrada

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CAIXA DE ENTRADA Processo de formação da folha
Uma folha de papel origina-se do depósito de fibras de uma
suspensão aquosa de consistência muito baixa sobre uma tela
fina. Através desta tela se separam mais de 95% da água. À
medida que as fibras se depositam sobre a tela, entrelaçam-se
formando parte de uma malha filtrante.
Conforme a rede de fibras começa a se formar, a taxa de retenção aumenta
progressivamente. Essa taxa conduz a uma variação gradual de características de
um lado a outro da folha. Com uma rede bastante úmida, a folha em formação
ganha uma resistência considerável. Isso se deve às forças de fricção e
entrelaçamento que ocorre entre as fibras, e sua resistência aumenta na mesma
proporção em que a consistência da folha úmida aumenta. Em uma etapa
posterior, durante a secagem, as fibras começam a unir-se quimicamente entre si,
até que esse tipo de união predomine na condição de secagem completa.
Diluição
A suspensão fibrosa que entra no sistema deve sofrer um
processo de diluição até que atinja uma consistência suficiente
para permitir uma fácil movimentação entre as fibras, por
conseguinte, um alto grau de uniformidade na dispersão das
fibras. A água de diluição pode ser fresca, porém, usualmente
utilizam-se água recirculada da própria seção formadora e água
recuperada do sistema de recuperação de água branca. A
uniformidade de diluição afeta diretamente a uniformidade da
gramatura da folha no sentido de fabricação.
FUNÇÕES BÁSICAS
DA SEÇÃO
FORMADORA DE UMA
MÁQUINA DE PAPEL
Distribuição
O momento da distribuição tem a função de espalhar a suspensão diluída de fibras,
uniforme e constantemente, na seção formadora, e ao mesmo tempo, manter as
fibras uniformemente dispersas.
Deposição
O estágio de deposição refere-se ao assentamento uniforme e o mais individualizado
possível das fibras sobre a tela formadora, à medida que a água da suspensão seja
drenada através da tela.
Compactação
Compactar a rede fibrosa, antes que ela esteja na condição plástica para se obter um
contato íntimo entre as fibras e controlar a estrutura porosa da folha são ações que
evidenciam a função de compactação da seção formadora.
Separação
A função de separação utiliza-se da sucção para extrair a maior quantidade possível
de água da folha, antes que ela atinja a seção de prensas úmidas. Em muitas
máquinas, a folha deve ser suficientemente forte para transferir-se sem nenhum
suporte da tela formadora para a seção das prensas.
Desde que a maior parte das máquinas de papel começou a
produzir diferentes tipos de papel, com diversas gramaturas, os
sistemas de distribuição de massa, passaram, obrigatoriamente,
a serem versáteis para que pudessem manipular fluxos de
massas diferentes e de diferentes consistências.
SISTEMA DE
DISTRIBUIÇÃO DE
MASSA NA CAIXA DE
ENTRADA
O material fibroso e outros materiais usados na fabricação do papel são muito
suscetíveis à ação de bactérias, que, eventualmente, podem afetar a qualidade do
papel. O sistema de alimentação deve ser projetado de forma a minimizar essa
ocorrência. É de grande importância que o desenho observe condições que
ofereçam a facilidade de limpeza, bem como contribua para a eliminação de bolsões
onde ar e fibras podem se acumular. As superfícies em contato com a massa, além de
bem polidas, devem possuir um mínimo de saliências que possam vir a causar
turbulências e floculação de fibras.
As funções dos distribuidores de massa e caixa de entrada
podem ser resumidas da seguinte forma:
� Mesclar os fluxos de depuradores individuais,
sempre que se usa mais de um depurador; isso
assegura propriedades uniformes da pasta em todos
os pontos da largura da máquina.
� Distribuir uniformemente o fluxo de pasta por toda a
extensão da largura da máquina.
� Dirigir o fluxo da pasta de forma a livrá-la de fluxos
transversais que originam condições não uniformes de
fluxos nos jatos que saem da régua.
FUNÇÕES DO SISTEMA
DE DISTRIBUIÇÃO DE
MASSA E CAIXA DE
ENTRADA
� Manter em todo o sistema uma dispersão uniforme das fibras e dos
sólidos presentes. Isso requer um movimento adequado de todo o
sistema para impedir o assentamento e floculação das fibras, e evitar
fluxos rápidos ao redor de superfícies curvas. O fluxo turbulento que
forma pequenos redemoinhos, constitui eficiente método de dispersão
de fibras. As forças centrífugas e as perturbações dos fluxos geradas
por fluxos rápidos ao redor de superfícies curvas originam a formação
de canais preferenciais e separação dos sólidos. Esta última
consideração é muito importante em máquinas que trabalham com altos
teores de cargas.
� Manter a limpeza do sistema em operações prolongadas. A pasta é um meio ideal
para a proliferação de bactérias. Em um sistema de pastas, tais condições
produzem rapidamente agregados limosos de fibras que retardam e rompem o
fluxo, provocando rupturas sob a ação da máquina e, em decorrência, produz-se
papel de baixa qualidade. Os requisitos para se preservar um sistema limpo
incluem a necessidade de que todas as superfícies que entrem em contato com a
pasta, sejam mantidas sempre limpas; evitar também canais fechados em que
bolhas de ar dispersas na pasta poderiam encontrar espaço para separar-se e
acumular-se em bolsas; evitar ainda pontos mortos de pasta ou regiões com
velocidade de fluxo lenta e, principalmente, contar com facilidade de acesso para a
limpeza dos prováveis focos de dificuldades.
A caixa de entrada tem como funções básicas:
� fornecer um jato estável e uniforme, com velocidade constante na direção
da máquina e sem distúrbios laterais aleatórios de grande escala;
� fornecer uma área geometricamente estável e definida de abertura nos
lábios, independentemente de variações de temperatura e pressão;
� produzir uma suspensão de fibras bem dispersa, com o mínimo de flocos;
� ter como parâmetro mais importante em seu projeto, sua estabilidade, e
acima de tudo, sua repetitividade.
Podemos distinguir duas funções distintas de uma caixa de entrada. Uma é
puramente hidrodinâmica, e consiste em produzir um jato uniforme com mesma
espessura e velocidade, sem correntes cruzadas por sobre toda a largura do lábio.
A segunda está relacionada com a criação de uma distribuição uniforme de fibras
na suspensão. Esta função depende das propriedades da malha de fibras e de sua
resistência à captura por forças cizalhantes dos geradores de turbulência. A
primeira função determina a macro distribuição de fibras na folha e pode ser
interpretada pela distribuição de gramatura. A segunda função determina a
formação da micro distribuição das fibras na folha de papel.
Segundo Carlested, as caixas de entrada para mesas planas
caracterizam-se pela ocorrência da formação da pasta sobre a
superfície livre da tela formadora. Isto deve limitar a
turbulência no jato. Essas caixas devem, portanto, ser
projetadas com níveis mais baixos de turbulência na área dos
lábios. Como essas caixas trabalham com consistências mais
baixas e, portanto, possuem coeficiente de fricção interna
menores, devem ser projetadas com mais cuidado no que diz
respeito à estabilidade hidrodinâmica; devem ser capazes de
manejar grandes vazões por unidade de largura e ter uma faixa
de vazão de trabalho maior.
CAIXA DE ENTRADA
PARA FORMADORES
COM MESA PLANA
Em mesas planas, a formação é basicamente controlada pela consistência na caixa e
pelo nível de distúrbio na tela e com uma pequena relação com a defloculação na
caixa de entrada. Quanto menor a velocidade e quanto maior a gramatura, maior será
a importância da consistência na caixa de entrada. Os cordões ou veios no jato
(streaks) normalmente se diluem ao longo da tela.
Em formadoras com tela dupla, a folha é fixada rapidamente com
um mínimo de distúrbios, na maioria dos casos. A formação e
outras propriedades são determinadas pelo nível de turbulência.
Sua escala e a consistência no jato dispersam as fibras. Se houver
cordões (streaks) no jato,eles serão fixados na folha de papel.
As formadoras de telas duplas exigem mais das caixas de
entrada do que as formadoras simples e são, portanto,
responsáveis pelo rápido desenvolvimento das caixas
hidráulicas. Essas são mais simples em construção que as
convencionais, pois seus elementos internos são estacionários.
Devido às suas características de projeto, não são
recomendadas para máquinas de baixa velocidade onde se
devem usar caixas do tipo aberta ou pressurizada.
CAIXA DE ENTRADA
PARA FORMADORES
COM TELA DUPLA
Para a discussão do projeto de uma caixa de entrada, convém
adequar a sua distribuição por três partes principais:
� sistema de distribuição: responsável pela distribuição
da massa que chega, por um tubo com seção circular
que ocupa toda a largura da caixa de entrada;
� seção de uniformização: responsável pela
uniformização do fluxo por meio de elementos
resistivos e tempo de retenção;
� seção dos lábios: responsável pela reaceleração do
fluxo até a velocidade da tela e pelo controle da
espessura do jato de saída e seu ângulo de descarga.
O arranjo dos lábios também afeta a estabilidade do
jato e a defloculação das malhas de fibras.
PROJETO DE UMA
CAIXA DE ENTRADA
Fica evidente a importância do sistema de distribuição em escala
de responsabilidade, para o bom desempenho da caixa,
comparando com a seção dos lábios, pois quanto maior for a
uniformidade do fluxo em todos os seus aspectos, menor será a
necessidade de elementos retificadores posteriores, por exemplo:
� eliminação da câmara de explosão;
� menor volume ou tamanho do reservatório;
� menor número de rolos perfurados.
SEÇÃO DE
DISTRIBUIÇÃO
Podemos distinguir, pelo desenvolvimento do sistema de distribuição, os vários tipos
de distribuidores:
Funil divergente
As antigas caixas consistiam de uma caixa aberta alimentada por um tubo que
vinha de um depurador e era distribuído para toda a largura da máquina por meio
de um "funil divergente".
Para se conseguir uma distribuição mais uniforme da polpa sobre a largura da
tela, alguns projetos eram munidos de aletas direcionais, que podiam ser
reguladas externamente.
A forma mais simples, mostrada na Figura 1 ( A ), apresenta transição geométrica de um tubo
redondo para a ranhura retangular. A maior limitação dessa forma reside na suspensão que
não distribuirá a pasta de maneira uniforme em um canal que possui um ângulo de
divergência muito acentuado. A Figura 1 ( B ) mostra uma modificação que não obteve muito
sucesso por ser de difícil
limpeza. Uma versão mais
recente inclui chicanas
distribuidoras na garganta de
entrada para dirigir o fluxo
uniformemente dentro da
seção de grande ângulo,
como se pode observar na
Figura 1 ( C ).
A - Modelo simples
B - Modelo modificado
C - Modelo com chicanas
Figura 1 - Alimentador cônico
Distribuidor Múltiplo (Manifold)
O distribuidor múltiplo Manifold (Figura 2)
é um sistema de ramificação múltipla
para dividir o fluxo de tubulação simples
em um fluxo total da largura da máquina.
O distribuidor múltiplo consiste em um
sistema de distribuição que apresenta
alguns pontos de difícil controle capazes
de torná-lo inviável, pois separar um
determinado fluxo em exatamente duas
metades, tendo que manter a mesma
pressão em ambos fluxos e,
posteriormente, em todos os fluxos
subdivididos, é muito difícil; também
ocorre, neste tipo de distribuidor,
Figura 2 - Distribuidor múltiplo Manifold
elevada perda de carga, pelo aumento da área de contato da massa com a tubulação.
Há inclusive o risco de se não poder evitar retenção de massa nas curvas das
tubulações, e, conseqüentemente, a contaminação de uma massa pelas sobras
deterioradas das massas anteriormente processadas. A faixa de velocidade de
trabalho deste sistema é bastante estreita, pois com velocidades acima de 3 m/s,
aparecem sérias flutuações de pressão que são transferidas para a caixa de entrada.
Com velocidade abaixo de 1,5 m/s, as flutuações podem ser controladas, mas deve-
se tomar cuidado, pois se a velocidade cair muito, as fibras e cargas podem se
depositar, havendo assim acúmulo de ar e limo e posterior contaminação da massa.
a - Tubo de alimentação
b - Tubo transversal
c - Duas ramificações
d - Coletor principal
e - Tubos distribuidores
f - Câmara de explosão
g - Garganta
Coletor com aproximação central
O sistema de coletor com aproximação central, mostrado na Figura 3, localiza-se na linha de
centro da máquina, distribui a massa em um tubo transversal, ponto em que duas ramificações
alimentam o coletor central. Do coletor central a massa passa por um grande número de
Figura 3 - Tubo coletor com aproximação central
pequenos tubos, que são
igualmente espaçados ao
longo da caixa e, assim,
proporcionam distribuição
uniforme e constante do
produto até atingir a câmara
de explosão.
Com este sistema, melhorou-se a distribuição da massa através da máquina, porém,
a pressão não era uniforme nos tubos, tal como a falta de recirculação. No início, o
não processamento da recirculação foi considerado uma vantagem do sistema, mas
na verdade configura-se numa desvantagem, pois, com a recirculação, o ajuste de
pressão dentro do sistema pode ser melhor controlado.
Quando se consegue controlar a pressão neste ponto, consegue-se melhor distribuição
da pressão sobre toda a largura da máquina, melhorando o perfil transversal.
Este sistema deve obedecer a alguns critérios quanto ao seu projeto:
� a velocidade no tubo de aproximação central e nos tubos de ramificação
não devem ser superiores a 2,5 m/s;
� toda curva na tubulação deverá ser precedida por um trecho de, no
mínimo, cinco diâmetros do tubo;
� os ramais de alimentação do coletor principal deverão ser cônicos, com
um ângulo total nunca maior que 8º;
� a finalidade desses coletores, ou desses expansores cônicos, é a de
converter a energia do fluxo em pressão, resultando em um mínimo de
acréscimo de pressão no coletor principal ao qual estão ligados;
� para uma vazão uniforme em todos os distribuidores, sua seção deverá
apresentar dimensões menores ou até ocupar espaço correspondente à
metade da área da seção do coletor principal;
A velocidade mínima recomendada nos tubos distribuidores é de 1,8 m/s, podendo
chegar até 4 m/s. Quanto maior for a velocidade, maior será a uniformidade da
pressão através desses distribuidores.
No trecho final dos tubos, coloca-se uma peça cônica para que se consiga
reduzir a velocidade.
Coletor com aproximação lateral
O conceito de um sistema de distribuição constando de um coletor cônico com tubos
distribuidores perpendiculares à direção do fluxo e com uma recirculação no seu
extremo final foi introduzido no ano de 1955. A adoção quase universal deste tipo de
distribuidor cabe aos esforços e melhoramentos do seu conceito. Veja a Animação 1.
O coletor cônico é construído normalmente com seção circular (tubo redondo),
podendo ainda ser construído com seção retangular e segmentada. A conicidade
do coletor é calculada em razão de uma faixa de vazão que dependerá da
velocidade da máquina e produção do papel. O diâmetro do coletor, conicidade e
recirculação são calculados com base na vazão.
Em vazões superiores e inferiores a essa faixa, será necessário o ajuste da taxa de
recirculação para que a pressão seja uniforme ao longo do coletor. A pressão do
coletor pode ser controlada automaticamente por meio de um transmissor de pressão
diferencial destinado a medir a pressão de entrada e saída do coletor e enviar um sinal
de saída para um controlador que atuará sobre a válvula de recirculação.
O controle poderá ser manual; neste caso haverá necessidade de um indicador do
diferencial de pressão, que poderá ser fabricado em tubo plástico transparente ligado
por tomadas na entrada e na saída do coletor. Caso haja diferença de pressão entre
as tomadas, haverá um fluxo no tubo transparente percorrendo na direção da tomada
com menor pressão. A válvula de recirculação deve ser reguladapara que o fluxo
pare, o que significará que a pressão permanece uniforme.
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Coletores com seção circular, são fabricados com tubos resistentes e podem ser
usados coletores com paredes mais finas que são mais baratas, porém a desvantagem
é a dificuldade em se obter a seção cônica, uma vez que essa forma do coletor dispõe
de várias seções circulares, o que torna este sistema um tanto inviável.
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Mais adequado para a fixação de placas perfuradas ou conjunto de feixes tubulares, o
coletor com seção retangular pode ser fabricado com bastante precisão. Embora seja
bastante usado pelas empresas atualmente, este sistema deve ser construído com
material mais resistente e com ranhuras para reforços, além do que, a transição entre o
tubo circular de chegada da polpa e a boca retangular do coletor é de difícil projeto.
A todas essas desvantagens deste sistema, deve ser acrescido o fato de o coletor
exigir mais soldas que outros sistemas, além de cantos com 90º, o que pode acarretar
aglomeração e retenção de massa em algum ponto, o que poderá prejudicar o sistema.
Na Figura 4, podem-se ver coletores com seção
circular e retangular.
Figura 4 - Coletores com seção circular e retangular
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O tipo de coletor com seção segmentada exibe a maioria das
vantagens de uma seção circular que poderá ser fabricada
de material mais espesso, com exceção do flange na parte
superior. Em seu extremo menor, ela é mais larga que a
seção circular de área equivalente, e poderá ser fabricada
com maior precisão. A placa ou flange proporciona a esse
tipo de seção a maioria das vantagens da seção retangular,
pois ela é adaptável às placas perfuradas, feixes de tubos ou
aletas. Esse tipo de seção permite acesso à entrada dos
tubos distribuidores durante a sua construção.
Figura 5 - Coletor com seção segmentada
Basicamente, as placas
perfuradas e o banco de tubos
(Figura 6) têm a função de
acelerar o fluxo de suspensão,
numa mudança de direção
desse fluxo, em algum ponto
da caixa.
PLACAS PERFURADAS
E BANCO DE TUBOS
Figura 6 - Placa perfurada e banco de tubos
A - Entrada
B - Recirculação
C - Banco de tubos
D - Rolo perfurado
E - Parede posterior
da caixa de entrada
As placas perfuradas e os feixes de tubos distribuidores são usados para dividir o
fluxo do coletor em um grande número de pequenos jatos, permitindo uma distribuição
mais uniforme e facilitando a homogeneização do fluxo na seção retificadora.
O projeto de construção das placas ou tubos e sua montagem é tão importante
quanto o do coletor.
Para se conseguir a máxima uniformidade nas descargas dos tubos ou dos
furos da placa perfurada devem-se usar grandes perdas de pressão e manter
velocidades mais altas nos tubos que no coletor, mesmo que esse coletor
apresente grandes variações de vazão. O comprimento dos tubos deve ser
suficiente para mudar em 90º a direção do fluxo e ter, no mínimo, três a cinco
diâmetros de comprimento (Wahlstron). A velocidade nos tubos distribuidores
não deve ser menor que 3,3 m/s para que se assegure a auto limpeza.
As características necessárias para eficiência da placa são:
� a espessura da placa deve ser maior que 50 mm, para que o fluxo na
saída da placa tenha velocidade suficiente para se orientar no sentido do
eixo longitudinal da máquina;
� os furos poderão variar de 9 a 20 mm, distribuídos eqüitativamente;
� a perda de carga através da placa deverá ser de 3 mca sob fluxo máximo,
para eliminar os pulsos provenientes do circuito de aproximação e para
assegurar uma boa defloculação. Os tubos têm a função inicial de acelerar o
fluxo de suspensão, seguida de desaceleração, mantendo as fibras e cargas
dispersas e uniformizando o perfil transversal de velocidade, evitando assim
o aparecimento de fluxos transversais;
Em certos tipos de caixa de entrada, abertas ou fechadas,
costuma-se usar uma câmara de recepção ou de explosão
(Figura 7) entre os tubos retificadores e o reservatório. O jato
CÂMARA DE
EXPLOSÃO
Figura 7 - Câmara de explosão
vindo dos tubos distribuidores atinge
uma parede perpendicular e é
desviado em 90º na direção do
reservatório. A saída da câmara de
explosão é constituída de um rasgo
em toda a largura do tubo formando
uma garganta ou Venturi.
Esse dispositivo retifica as irregularidades de fluxo dos tubos distribuidores por
meio de uma alta mistura provocada pelas diversas mudanças de direção. Não deve
haver, nesta seção, contornos arredondados, para evitar movimentos rotativos.
Esse equipamento é geralmente usado em caixas convencionais e tubos
coletores com aproximação central.
A adoção de reservatório nas caixas abertas ou
pressurizadas deve-se ao fato de que o tempo reduz
turbulências e fluxos cruzados, mas, se por um lado, como
um volume relativo estabilizaria tais perturbações, por outro,
esta não se mostrou uma boa solução, pois um reservatório
causa refloculação, pontos mortos nos cantos, problemas de
limpeza e muitos outros. A mudança de direção do fluxo do
canal divergente para o reservatório com um volume relativo
causa separação e redemoinhos.
As caixas para fibras longas devem trabalhar com níveis mais
elevados para evitar que os redemoinhos gerados pela
câmara de explosão atinjam os lábios.
SEÇÃO
UNIFORMIZADORA
Isto resulta em uma péssima formação devido à baixa velocidade através do
reservatório. Portanto, para melhorar esta situação deve-se trabalhar com menores
níveis ou volumes no reservatório, aumentando a velocidade. Veja a Figura 8.
Figura 8 - Seção uniformizadora
Os rolos retificadores ou
rolos perfurados (Figura 9),
consistem em rolos rotativos
instalados no interior da caixa
de entrada com a função de
promover defloculação
mediante agitação da massa,
bem como uniformizar a
velocidade do fluxo em toda a
largura da caixa de entrada.
Figura 9 - Rolos perfurados
ROLOS PERFURADOS
OU ROLOS
RETIFICADORES
ESPECIFICAÇÃO
50 a 60: Entrada da caixa e próximo ao lábio
40 a 50:Região central
18 - 25
polida ou revestida
entrada da caixa - região central
a distância do lábio é de 15 vezes o diâmetro das perfurações
dos rolos e 1/8" a 1/4" do fundo ou das laterais da caixa
10 - 15
Obs.: velocidade adequada para um bom desempenho e
evitando-se turbulência excessiva
sentido contra o fluxo entre o rolo e o fundo do reservatório
aletas ou discos internos para aumentar a eficiência
CARACTERÍSTICA
Área aberta (%)
Diâmetro dos furos (mm)
Superfície
Posicionamento
Velocidade (m/s)
Sentido de rotação
Acessórios
Veja no quadro 1 as principais características dos rolos perfurados.
Quadro 1 - Principais características dos rolos perfurados
O rolo perfurado posicionado antes do lábio exige cuidados especiais tanto em
sua construção como em sua posição em relação aos lábios. Sua função básica,
nesta posição, não é mais a de retificação e, sim, mais no sentido de criar uma
turbulência em escala e intensidade suficiente para desencadear o cisalhamento
dos flocos de fibras. Para se obter essa turbulência, faz-se necessário que:
� a relação entre a área dos furos a área total fechada seja: 50% a 56%
para fibras curtas e 45% para fibras longas;
� diâmetro dos furos seja de 18 mm a 25 mm;
� a distância entre o rolo e as paredes seja igual ou menor que 3 mm,
pois o fluxo, passando direto nessas passagens, cria redemoinhos e
fluxos secundários após o rolo;
� a distância entre os furos do rolo não seja muito alta, normalmente de
10 mm a 15 mm, pois no caso de grande distanciamento entre furos,
serão formadas zonas mortas dentro do rolo;
� o rolo seja bem polido.
Um problema gerado pelos rolos perfurados consiste na tendência de as fibras
aderirem nas bordas dos furos, o que pode ser controlado usando-se uma
espessura de chapa sempre superior ao comprimento médio específico da fibra e
também com rotações moderadas do rolo. Outro problema gerado pelo uso de
rolos perfurados se apresenta coma deposição de fibras nas áreas fechadas.
Deve-se evitar chanfrar demais os furos e evitar também manter a distância entre
os furos maior que o comprimento das fibras. Apesar de alguns autores
questionarem sobre a conveniência do uso dos rolos perfurados, na prática,
poucas caixas conseguem funcionar de forma satisfatória sem recorrer à
utilização desses tipos de rolos.
A distância L (face frontal do rolo até o bico do lábio) deve ser suficiente para que haja tempo
suficiente de retenção para que se processe a uniformização dos jatos saindo dos furos.
Figura 10 - Distância mínima entre o rolo e o lábio
L = V x b
12,5
onde:
L = distância entre o rolo e a abertura do lábio
(m);
V = velocidade do jato (m/min);
b = distância entre furos (m).
A distância entre a face frontal do rolo
perfurado ao lábio poderá ser calculado
usando-se a seguinte fórmula:
Se o rolo perfurado estiver muito próximo dos lábios, teremos cordões e outras
irregularidades sobre a tela. Estes distúrbios são conhecidos como "efeito de
ondas" criados pelas carreiras de furos do rolo passando em frente à abertura dos
lábios. Esses cordões serão fixados na folha se houver drenagem no rolo cabeceira.
Uma regra simples para o posicionamento do rolo, consiste em manter a
distância da face frontal do rolo ao lábio numa extensão equivalente a vinte
diâmetros de furo. Do ponto de vista da hidrodinâmica , quanto menor for o
diâmetro dos furos menor será a probabilidade de se desencadear o efeito de
ondas, pois diâmetros pequenos refloculam menos a massa.
Os rolos podem dispor de alguns acessórios como aletas ou discos internos
para aumentar a eficiência. As principais vantagens do uso dos rolos
perfurados podem ser descritas como:
� melhoria da formação da folha;
� maior versatilidade;
� eliminação de pulsações hidráulicas.
Como desvantagens podemos citar:
� a aderência de fibras;
� a manutenção.
Os chuveiros são necessários para se evitar a aglomeração de
fibras e eliminar a espuma que se forma na superfície da massa.
A água neles usada pode ser fresca ou água branca filtrada.
Basicamente, existem chuveiros estáticos, oscilantes e rotativos.
CHUVEIROS
O projeto de uma caixa de entrada, especialmente da
região dos lábios, é crítico, pois a velocidade da máquina e
sua eficiência são altamente dependentes do perfil de
gramatura uniforme e estável, independentemente de
variações de pressão, temperatura e abertura dos lábios.
A massa que vem de um espaço relativamente largo é confinada
no bocal formado pelas paredes superiores e inferiores. A alta
velocidade no confinamento não permite um fluxo laminar,
resultando em um fluxo turbulento, de acordo com as leis da
hidrodinâmica. Simultaneamente, ocorrem fenômenos de
fricção entre as camadas do fluído e nas paredes.
SEÇÃO DOS LÁBIOS
A fricção entre as fibras e o fluido atuam como
forças cisalhantes e, desta forma, aceleram as
fibras. Diferenças em velocidades, devido ao perfil
geométrico do bocal, provocam uma orientação
das fibras da massa na direção do fluxo. Quando
uma fibra entra em uma parte do fluxo onde a
velocidade varia na direção, ou através da
direção do fluxo, a parte da fibra que for sujeita a
maior velocidade será acelerada em tal direção.
Na Figura 11 podemos observar a parte superior
da fibra sendo girada na direção do fluxo.
a - bocal
b - fibra
c - linha de fluxo
d - spoiler
Figura 11 - Relações das forças de fluxo no bocal
O lábio também é conhecido por régua e sua função é permitir que a massa da
caixa de entrada flua para a tela da máquina de papel. A massa, com altura
manométrica elevada, deve ser descarregada à pressão atmosférica com uma
velocidade próxima a da tela. O projeto de um lábio tem de receber especial
atenção, pois é nesse local ou nesse estágio de processo que a folha de papel
começa a ser formada, devendo satisfazer os seguintes itens:
� distribuir a massa uniformemente por toda largura da tela;
� estabelecer o ângulo com que a massa incide sobre a tela;
� permitir fácil regulagem da abertura;
� suprimir os redemoinhos formados pela turbulência do jato de massa.
Os principais tipos de lábios são:TIPOS DE LÁBIOS
a) Lábio vertical: formam um
ângulo de aproximadamente 90º
com ao anteparo inferior e são
bastante usados na indústria. A
desvantagem desse tipo de lábio
reside na formação de
redemoinhos junto à parede
vertical, quando da variação da
velocidade do fluxo de
alimentação.
A - Lábio vertical
B - Lábio inclinado
C - Lábio curvoFigura 12 - Tipos de lábios
b) Lábio inclinado: pode ser usado com ou sem projeção vertical na sua
extremidade. Em geral, o ângulo de inclinação situa-se entre 30 e 45º e o anteparo
inferior pode ser regulado horizontalmente.
c) Lábio curvo: conhecidos também como Van de Can, podem ser usados em
anteparos inferiores curvos ou retos.
Todos os tipos de lábios devem possibilitar a regulagem da distância entre
eles e o anteparo inferior. Isto se torna necessário para não apenas
compensar a deflexão da caixa de entrada, particularmente do anteparo
inferior, mas também corrigir variação no jato de massa.
As irregularidades do fluxo que chegam ao lábio são geradas
pelas variações de velocidade na seção transversal da caixa,
vórtices, estrias, canais e turbulência excessiva, além de uma
dispersão de fibras deficiente.
O ângulo do jato que deixa a caixa de entrada determina o
ponto de contato do jato na tela e o ângulo de impacto é
controlado pelo ângulo do lábio inferior e pela posição
relativa do lábio inferior e superior.
CARACTERÍSTICAS DE
OPERAÇÃO
A área de impacto do jato é controlada pelo ângulo do jato e pelo espaçamento
entre o lábio inferior e o centro do rolo cabeceira.
O material de construção dos lábios não deve ser corrosivo, ter bom polimento e
alinhamento, ter boa estabilidade e possuir um sistema para compensar deflexão.
A flexão dos lábios pode ser causada por diferença de temperatura, pressão do fluxo
da massa e pelo peso das vigas de sustentação dos lábios. A utilização de
câmaras de água na face externa do lábio com temperatura controlada, assim
como a utilização de câmaras de água com pressão e temperatura controladas
podem compensar essa flexão.
O controle do perfil transversal de gramatura se consegue
pelo sistema de manípulos, que consiste em um conjunto de
hastes de comprimento variável, fixados sobre o lábio
superior, ao longo de toda sua largura, guardando um
espaçamento regular entre elas.
O princípio de funcionamento desse sistema baseia-se na
alteração do fluxo da massa em uma pequena região do
lábio, obtida com a mudança na abertura desse lábio,
conseguida com o auxílio do movimento das hastes. A
atuação é manual ou automática; o espaçamento entre os
manípulos pode variar entre 7,5 e 30 cm.
CONTROLE DO PERFIL
TRANSVERSAL DE
GRAMATURA
As desvantagens do sistema de manípulos reside na interferência nos fluxos
adjacentes e na deformação do lábio quando este é flexionado para controlar
a gramatura no ponto desejado.
Caixas de entrada com rolos distribuidores mostraram-se eficientes em todos
os detalhes para se conseguir boa formação até velocidade de 1000 m/min. A
partir dessa velocidade caminha-se para um novo tipo de caixa de entrada, as
de alta turbulência.
A caixa de entrada se constitui no primeiro elemento da
mesa plana e se coloca logo após o sistema de
alimentação. Há três tipos básicos de caixa de entrada:
aberta, pressurizada e compacta ou hidráulica.
Aberta
A caixa de entrada aberta deve contar com uma altura
geométrica que permita a uma coluna d'água elevar-se a
altura suficiente permitindo que a massa entre na tela com a
velocidade adequada. A maioria das caixas de entrada
antigas e de baixa velocidade pertencem a essa categoria.
Consiste basicamente de uma caixa alimentada em uma de
suas extremidades por um distribuidor e com descarga na
outra extremidade por meio de uma régua.
TIPOS DE CAIXA DE
ENTRADA
Para o controle dofluxo dentro da caixa, usa-se uma variedade de defletores,
rolos perfurados e elementos curvados. O nível da pasta dentro da caixa varia
com a velocidade da máquina. Para se obter a velocidade adequada na saída da
régua, geralmente um pouco menor que a velocidade da tela, ajustam-se,
simultaneamente, o fluxo que entra na caixa e a abertura da régua até que a altura
de massa produza a velocidade adequada. A velocidade de saída se ajusta a um
valor bem próximo à velocidade da tela, portanto à medida que se aumenta a
velocidade da máquina deve-se aumentar a altura das caixas.
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Na caixa aberta com Multipass (Figura 13) existem
duas chicanas superiores que permitem uma
regulagem de modo a possibilitar a variação da
velocidade do fluxo da massa. Muitas
modificações foram introduzidas nesse tipo de
caixa, com alterações nas posições dos lábios e
colocação de cilindros perfurados.
Figura 13 - Caixa aberta com Multipass
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A caixa com rolos foi desenvolvida com o intuito de eliminar tanto as deficiências
da caixa Multipass quanto a instabilidade do fluxo e a falta de estabilidade da
massa. Possui cinco rolos perfurados que exercem, de maneira mais eficaz, a
função das chicanas das caixas com Multipass.
A passagem da massa pelo rolo A faz com que parte do ar existente no sistema
atinja a superfície. Em seguida, a massa passa pelos rolos B e C (rolos da caixa),
sendo dirigidos para os rolos D e E (rolos do lábio). Em geral, os rolos A, D e E
possuem uma área aberta de 50% a 60% e os rolos B e C, entre 40% e 50%. Essa
menor área aberta causa um substancial aumento de velocidade do fluxo de massa
e ajuda a desfazer os agregados de fibras. A distância entre os rolos D e E e o lábio
deve corresponder a quinze vezes o diâmetro das perfurações desses rolos. Veja
na Animação 2 o funcionamento de uma caixa aberta com rolos perfurados.
Todos os rolos perfurados utilizam-se de rotação lenta e devem ter uma forma
que evite excessiva turbulência e danos às fibras. Pode-se determinar a altura da
caixa de entrada tendo em mãos a velocidade desejada da tela, com a fórmula:
2
2 g
V
H
×
=
onde:
H = altura manométrica em metros
V = velocidade da tela em m/s
g = aceleração da gravidade
VELOCIDADE DA TELA
m/min m/s
60 1 m/s
120 2 m/s
180 3 m/s
240 4 m/s
300 5 m/s
360 6 m/s
900 15 m/s
ALTURA DA
CAIXA (m)
0,051
0,204
0,459
0,815
1,274
1,835
11,468
A seguir, a tabela mostra porque as caixas abertas tornaram-se inviáveis:
Caixa de entrada fechada ou pressurizada
Com o aumento da velocidade das máquinas de
papel, logo se percebeu que, para velocidades
acima de 300 m/min, a altura requerida para a caixa
de entrada provocava problemas, como a
estagnação da pasta e a formação de aglomerados
de fibras. A solução encontrada foi a construção de
uma caixa de entrada pressurizada, na qual o ar
comprimido desempenha a função da altura
geométrica. A Figura 14 mostra uma caixa de
entrada pressurizada típica.
As caixas de entrada pressurizadas apresentam
grande versatilidade. A utilização de componentes
internos bem dimensionados permite uma grande
eficiência e variedade de condições de fluxo.Figura 14 - Caixa de entrada pressurizada com rolosperfurados
Caixa de entrada hidráulica ou de alta turbulência
As caixas de entrada hidráulicas usam elementos estacionários para dissipar
energia em jatos de alta velocidade e produzir um fluxo homogêneo e estável.
Além disso, oferecem geração de turbulência adequada e dispersão das fibras,
mediante utilização de feixe de tubos que subdividem o fluxo total em um grande
número de fluxos individuais; fornecem, dessa maneira, a resistência requerida
para a obtenção de uma boa distribuição através da largura, pela adição de
resistência por deflexão na entrada dos feixes de tubos e pela geração de uma
micro turbulência desejada em um feixe de tubos cujas saídas possuem um
difusor com uma seção de corte transversal pentagonal ou hexagonal.
As caixas de entrada hidráulicas são muito mais compactas que as caixas de
entrada pressurizadas. Em termos de funcionamento, as caixas hidráulicas são
semelhantes às caixas pressurizadas. A distribuição é conseguida com a
utilização de um coletor cônico com tubos múltiplos e uma conexão de
recirculação controlada.
A dispersão das fibras se processa por meio de lâminas na caixa de entrada que
proporcionam uma escala bem menor de turbulência, além de melhorar a formação.
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Caixas de entrada tipo W possuem uma câmara de ar para atenuação de
pulsações localizadas entre os dois bancos de tubos. Essa caixa de entrada
utiliza um tubo redondo como coletor de fluxo e tubos múltiplos de pequeno
diâmetro para distribuição do fluxo. O segundo banco de tubos possui descarga
hexagonal e grande área aberta que desemboca na área do lábio. Além dos
ajustes normais de lábio para controle do jato, o lábio possui um sistema de
compensação especial de deflexão.
Principais características:
� formação perfeita, resultado da intensa microturbulência;
� otimização na distribuição direcional das fibras, baixa relação de
resistência à tração entre os sentidos longitudinal e transversal do papel;
� uniformidade no jato de saída de turbulência e distribuição de fibras até
as bordas;
� perfil mais estável na direção transversal à máquina;
� curso menor do fluxo e pequeno volume de massa;
� não há deposição de fibras devido à alta velocidade do fluxo e pela
turbulência de alta intensidade;
� minimização do espaço requerido;
� requerimento menor de manutenção devido a ausência de qualquer
elemento rotativo e seus respectivos acionamentos.
Veja na Animação 3 o funcionamento de uma caixa de entrada Tipo W.
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As caixas de entrada Converflo possuem uma capacidade de distribuir a massa
com dispersão uniforme de fibras por toda a largura da máquina. O sistema de
distribuição é dividido em cinco estágios: distribuidor cônico de entrada de massa,
banco de tubos, câmara de equalização, placa de dispersão perfurada e seção
convergente onde o fluxo uniformizado é dividido em canais convergentes
estreitos formados por lâminas de plástico resistentes. Na Animação 4, pode-se ver
uma caixa desse tipo.
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Caixas de entrada Converflo (Figura 15), também conhecidas como caixa de entrada
Conceito III, preservam um desenho simples em sua construção e proporcionam um maior
controle de turbulência do jato,
tornando a caixa mais versátil
para uma maior faixa de
gramatura, velocidade e
formadores.
Figura 15 - Caixa de entrada Converflo - Conceito III
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A moderna caixa de entrada conceito IV (Figura 16)
representa um grande avanço nos conceitos de
caixa de entrada. Todos os elementos básicos da
caixa de entrada Converflo estão presentes,
entretanto cada um desses elementos apresenta
suas inovações.
Figura 16 - Caixa de entrada Conceito IV
A caixa de entrada Conceito IV-MH é construída com base na caixa de entrada
Converflo original da própria Beloit. Uma caixa de entrada de uma geração futura
deverá alcançar os seguintes objetivos:
� melhorar a uniformidade de gramatura na direção transversal e residual;
� melhorar as condições das bordas (orientação de fibras e gramatura);
� assegurar a operação de limpeza;
� melhorar a disposição e a deposição das fibras (formação).
Na opinião dos fabricantes, o Conceito IV-MH preenche todos os objetivos
tradicionais das caixas de entrada, os requisitos necessários para obterem perfis de
gramatura, de orientação de fibras, limpeza, flexibilidade e intensidade de turbulência.
Esse conceito permite a ausência de áreas que geram vórtices, ausência de áreas
de baixa velocidade, sem redemoinhos, sem fluxos transversais e sem
deficiências de fluxos nas bordas.
Com a estabilidade do banco de tubos, os recursos e flexibilidade da zona
convergente, ecom a capacidade de controle do perfil pelo sistema de diluição, esta
caixa de entrada deverá servir a indústria ao longo da próxima geração.
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As caixas de entrada com múltiplas camadas têm como característica principal a
possibilidade de ser projetada para um fluxo de três camadas. As caixas de
entrada atuais usam um coletor cônico com algum tipo de banco e tubos para
distribuição do fluxo no sentido transversal da máquina. A dispersão das fibras é
mantida ou melhorada com as lâminas, tubos escalonados ou outra fonte de
turbulência. A entrega do jato para a tela é controlada com o ajuste do lábio
inferior e geralmente com algumas formas de estabilização térmica. Todos esses
detalhes e avanços tecnológicos nas caixas de entrada possibilitam o avanço das
caixas de entrada com mais de um tipo de massa, ou seja, uma folha com duas,
três ou mais camadas vindas de uma só caixa formadora (Strataflo). Veja o seu
funcionamento na Animação 5.
O conceito de Strataflo apresenta uma técnica avançada de formação que permite
a fabricação de um produto estratificado. Os principais motivos para a criação
desse produto é a melhora das propriedades da folha, diminuição dos custos na
fabricação do produto ou uma combinação de ambos.
As caixas de entrada Strataflo utilizam-se dos mesmos princípios de projetos
desenvolvidos para projeto de outras caixas de entrada. A única diferença centra-se
na utilização dos coletores de separação para trazer massas diferentes para a mesma
caixa de entrada. Uma vez na Strataflo, os fluxos são conduzidos no mesmo tipo
de banco de tubos e arranjo de bocal como as caixas de entrada convencionais.
Os fluxos de massas diferentes são mantidos separados naturalmente pelo banco
de tubos e lâminas na seção convergente.
Seguindo as lâminas, os fluxos de massas diferentes convergem e formam um
jato estratificado, que é, em seguida, desaguado de forma convencional.
A caixa de entrada Strataflo é usada para a preparação das duas primeiras
camadas, que são desaguadas por um formador de tela superior. Uma terceira
camada é então acrescentada com uma caixa de entrada secundária, seguida
por um outro formador para desaguamento.
A estratificação também é comum em certos tipos de papel "tissue". Para
esses papéis, a caixa de entrada Strataflo é usada com o rolo cabeceira de
sucção, ou máquina de tela dupla.
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A caixa de entrada hidráulica mostrada
na Figura 17 usa um coletor cônico
retangular com distribuidor de tubo
escalonado. Esses tubos escalonados
contabilizam perdas de cargas elevadas
para a boa distribuição do fluxo.
A dispersão de fibras é obtida com a
turbulência gerada pelos
escalonamentos nos tubos. Após o
banco de tubos, as velocidades do fluxo
são relativamente altas a fim de que a
dispersão das fibras seja mantida.
A - ajuste fino e acerto de lâminas
B - ajuste do lábio superior, que depende
da taxa de fluxo e velocidade da máquina
C - movimento do lábio superior que afeta
o ponto de contato do jato com a tela e na
formação da folha;
D - distribuidor que pode ser oscilado
para limpeza e inspeção
Figura 17 - Caixa de entrada Escher Wyss
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Uma outra caixa de entrada moderna possui dois bancos de tubos: é a caixa Nozzle da
Valmet Sym (Figura 18). O primeiro banco faz a distribuição do fluxo no sentido transversal
Figura 18 - Caixa de entrada Nozzle da Valmet Sym
da máquina e o segundo é destinado a
melhorar a dispersão de fibras e aperfeiçoar
a formação. O segundo banco de tubos
oferece uma descarga retangular e grande
área aberta que descarrega na área do lábio
(convergente). A câmara de ar acima da
câmara de equalização entre os dois
bancos de tubos é projetada para absorver
algumas variações de fluxo provenientes do
sistema de preparação de massa.
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Na caixa de entrada com sistema Module Jet, a massa, valendo-se de dois tubos
parabólicos, distribui-se por um grande número de instalações de mistura montadas
uma ao lado da outra. O tubo grande serve para transporte do fluxo de massas de
alta consistência e o tubo pequeno transporta massas em baixa consistência.
Nas tubulações de ligação, entre os tubos de distribuição de massa a baixa
consistência e as câmaras de mistura, encontra-se uma válvula de dosagem para
cada uma delas. Nessas válvulas é ajustado o perfil transversal de gramatura.
No lábio superior do bocal encontra-se um diafragma com acionamento elétrico
de regulagem, com a vantagem de encontrar-se em uma área sem perigo de
sujeira e respingo de água. A compensação da deflexão do lábio superior
mediante um colchão de ar pode ser dispensado.
Figura 19 - Caixa de entrada com sistema Module Jet
Na caixa de entrada com sistema Module Jet (Figura 19), duas correntes de massa de
consistências diferentes abastecem as diversas instalações de mistura, dispostas uma
ao lado da outra sobre toda a largura da máquina.
O sistema Module Jet consiste em duas linhas. A
linha para o fluxo volumétrico usa água branca
como meio de diluição. Esta é retirada por bomba
na parte baixa do tanque de água branca e levada
para um tubo distribuidor passando por um
deculator e um depurador.
A regulagem da média de gramatura é efetuada por
meio de válvula de massa grossa no tubo vertical
do tanque de água branca. Para a regulagem do
perfil transversal de gramatura, os motores das
válvulas de dosagem são acionados.
Sumário
CAIXA DE ENTRADA
Processo de formação da folha
FUNÇÕES BÁSICAS DA SEÇÃO FORMADORA DE UMA MÁQUINA DE PAPEL
Diluição
Distribuição
Deposição
Compactação
Separação 
SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE MASSA NA CAIXA DE ENTRADA
FUNÇÕES DO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE MASSA E CAIXA DE ENTRADA
CAIXA DE ENTRADA PARA FORMADORES COM MESA PLANA
CAIXA DE ENTRADA PARA FORMADORES COM TELA DUPLA
PROJETO DE UMA CAIXA DE ENTRADA
SEÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO 
Funil divergente
Distribuidor Múltiplo (Manifold) 
Coletor com aproximação central 
Coletor com aproximação lateral 
COLETOR COM SEÇÃO CIRCULAR 
Ã
A Voith® desenvolveu um sistema de
regulagem de perfil transversal de
gramatura sintonizada com o Module
Jet, que recebe os valores reais e
nominais de gramatura de um sistema
de guia de processo e calcula, com os
mesmos sinais, o posicionamento para
os motores das válvulas. Na Figura 20
pode-se observar o sistema de válvulas
que regulam o fluxo de água branca, do
sistema Module Jet.
Figura 20 - Module Jet
	Sumário
	caixa de entrada
	Processo de formação da folha
	FUNÇÕES BÁSICAS DA SEÇÃO FORMADORA DE UMA MÁQUINA DE PAPEL
	Diluição
	Distribuição
	Deposição
	Compactação
	Separação 
	SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE MASSA NA CAIXA DE ENTRADA
	FUNÇÕES DO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE MASSA E CAIXA DE ENTRADA
	CAIXA DE ENTRADA PARA FORMADORES COM MESA PLANA
	CAIXA DE ENTRADA PARA FORMADORES COM TELA DUPLA
	PROJETO DE UMA CAIXA DE ENTRADA
	SEÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO 
	Funil divergente
	Distribuidor Múltiplo (Manifold) 
	Coletor com aproximação central 
	Coletor com aproximação lateral 
	Coletor com seção circular 
	Coletor com seção retangular 
	Coletor com seção segmentada 
	PLACAS PERFURADAS E BANCO DE TUBOS
	CÂMARA DE EXPLOSÃO 
	SEÇÃO UNIFORMIZADORA
	ROLOS PERFURADOS OU ROLOS RETIFICADORES
	CHUVEIROS
	SEÇÃO DOS LÁBIOS
	TIPOS DE LÁBIOS
	CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO
	CONTROLE DO PERFIL TRANSVERSAL DE GRAMATURA 
	TIPOS DE CAIXA DE ENTRADA
	Aberta
	Caixa aberta com Multipass
	Caixa aberta com rolos
	Caixa de entrada fechada ou pressurizada
	Caixa de entrada hidráulica ou de alta turbulência
	Caixa de entrada Tipo W
	Caixa de entrada Converflo - Original
	Caixa de entrada Converflo - Conceito III
	Caixa de entrada Conceito IV
	Caixa de entrada com múltiplas camadas (Strataflo)
	Caixa de entrada Escher Wyss
	Caixa de entrada Nozzle da Valmet Sym
	Caixa de entrada Module Jet 
	cxentrada: Caixa localizada na cabeceira da máquina de papel, que distribui uniforme e continuamentea massa diluída em toda a largura da tela da mesa plana.
	consistencia: Percentagem de material sólido contido na suspensão. O mesmo que concentração.
	corrente: Defeito que consiste em ondulações diagonais paralelas no papel.
	dirTransversal: Direção no plano do papel, que corresponde à direção perpendicular ao movimento da folha contínua na máquina de papel.
	fibras: Estruturas alongadas, formadas por uma célula vegetal de tamanho microscópico, mais comprida do que larga, oca e com paredes de espessura variável. É a principal matéria-prima da indústria de papel e celulose, e pode ser obtida da madeira, de plantas anuais, de material sintético, ou ainda reciclada de papéis velhos.