6 - Depuração

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INTRODUÇÃO A qualidade de um papel depende fortemente do grau de
limpeza da polpa. Materiais estranhos, como estilhas de
cascas e madeira, nós, areia, partículas metálicas e outras
impurezas podem não somente comprometer a qualidade do
papel produzido, mas também causar danos à máquina, além
de desgaste de equipamentos, problemas na secagem e
consumo adicional de vapor. Esses corpos estranhos podem
chegar com a matéria-prima ou aderir ao fluxo
acidentalmente em algum ponto do processo.
Cada tipo de matéria-prima possui tipos de impurezas com
diferentes características e que se comportam
diferentemente dentro dos processos de depuração.
Na pasta química, os principais tipos de impurezas encontradas na massa são:
 nós provenientes das áreas mais densas do tronco das madeiras que,
devido ao seu tamanho, são peneiradas;
 falsos nós gerados por cavacos mal cozidos; a maior parte dessas
impurezas será individualizada na refinação;
 shives, que são pequenos aglomerados de fibras e que não foram
suficientemente cozidos, não completando, assim, a sua separação;
Obs: os shives de coníferas medem de 0,2 mm a 0,5 mm de largura e 3 mm a
10 mm de comprimento, já os shives de folhosas são consideravelmente
menores e podem ser peneirados ou removidos por limpadores centrífugos.
 partículas de casca, como resultado de um descascamento mal feito
antes do cozimento;
As cascas geralmente têm a forma cúbica de 1 mm de tamanho ou menos,
o que dificulta a passagem pela peneira.
 resíduos de impurezas adicionados à polpa ocasionalmente (como
metais, areia, plásticos e pedaços de madeira) ou durante o
processamento.
Nas pastas mecânicas, os principais tipos de impurezas incluem:
 shives ou feixes de fibras não separadas adequadamente no processo
de desfibramento;
 chop, que são similares aos shives, porém menores, provavelmente
produzidos quando shives são rejeitados no refino. Essas partículas são
removidas em limpadores centrífugos, devido à dificuldade de serem
peneiradas;
 areia e areia moída, que tendem a passar por furos, mas podem ser
rejeitados e recirculados em peneiras providas de fendas finas.
A gama de impurezas encontradas em fibras secundárias inclui todas as
encontradas nas outras polpas e grandes quantidades de materiais sintéticos.
Entre as principais impurezas encontradas incluem-se:
 pastilhas, que são pedaços de papel não desfibrado, resultado de
cozimento insuficiente, desagregação insuficiente, materiais com
dificuldade de desfibramento ou ainda papéis com resistência a úmido;
 plásticos em forma de folhas, filme de polietileno, normalmente
provindas de sacolas ou embalagens. É mais resistente ao desfibramento
que os flakes, mas a grande maioria é geralmente peneirada;
 adesivos, materiais com base a látex, comumente usados para
fechar fardos.
Geralmente podem ser eliminados por peneiras, desde que não sejam muito
pequenos. Há ainda tintas, asfalto, ceras e tintas de revestimento (coating), que
podem ser removidos por outros meios, como células de flotação e vários tipos
de limpadores centrífugos. A dispersão também pode reduzir o impacto visual
negativo do material remanescente e não peneirado.
IMPUREZA
 estilhas de pasta mal cozidas e depuradas
 areia; trapos; papéis resistentes a úmido
 plásticos; papéis parafinados ou resinados e outros
 areias; cascas; pedras; arames; pregos
 grampos; plásticos e outros
 materiais resultantes do desgaste de equipamentos
 da água; associada a insumos
Quadro 1 – Diferentes tipos de impurezas presentes em aparas e papéis velhos
FONTE
Da matéria-prima
Do manuseio e transporte
Introduzido durante o
processo de fabricação
O Quadro 1 mostra os diferentes tipos de impurezas que podem estar presentes no
processo de fabricação de papel e suas fontes. O processo de depuração torna-se ainda
mais importante quando se trabalha com aparas e papéis velhos para fabricação de papel.
As impurezas são normalmente classificadas segundo três categorias: sujeiras pesadas
e volumosas, sujeiras pesadas e finas e, ainda, sujeiras leves.
Podemos dizer que o objetivo básico da depuração é o de
dividir o fluxo de polpa em duas correntes. Idealmente, todo
o material indesejável estará em uma corrente, denominada
rejeito, e, similarmente, todo o material desejável estará em
uma outra corrente denominada aceite.
Os objetivos reais que se buscam são tais que o fluxo de
rejeito deverá conter a maior parte dos materiais
indesejáveis, enquanto o fluxo de aceite deverá conter a
mínima parte de materiais indesejáveis. A Figura 1 mostra
como se dá o fluxo de aceite.
FINALIDADE DA
DEPURAÇÃO
Figura 1 – Fluxo de aceite
1 - Entrada
2 - Diluição
3 - Aceite
4 - Rejeito
TIPOS DE
DEPURADORES
Na maioria dos processos de fabricação de papel requer-se
algum tipo de limpeza ou depuração da polpa a ser utilizada.
Para esse fim, são utilizados equipamentos chamados
depuradores, os quais, através dos anos, foram desenhados
em diversos tipos para a indústria papeleira.
De acordo com as características das impurezas (materiais
indesejáveis) a serem removidas da massa, os depuradores
são classificados em:
 depuradores probabilísticos (classificadores);
 depuradores por peso (hidrociclones).
Depuradores probabilísticos (Classificadores)
Os depuradores probabilísticos são equipamentos que separam as impurezas
tanto pelo tamanho quanto pela forma das partículas; a esse tipo pertencem as
partículas de rejeito sem forma definida e de tamanho grande, que podem ser
removidas da polpa pelo efeito de peneiramento ao passar o líquido com
suspensão de fibras através de uma chapa perfurada com furos
arredondados ou ranhuras.
Alguns exemplos de rejeitos:
 aglomerado de fibras;
 materiais não fibrosos finos e chatos;
 materiais não fibrosos redondos ou cúbicos;
 cordões de fibras (strings);
 torrões de fibras (lumps).
Apesar das diversas configurações criadas, os depuradores possuem algumas
características em comum. Todos devem ter uma câmara de entrada que possa
conter o líquido a ser alimentado. Essa câmara é separada da câmara de aceite pela
chapa perfurada, também denominada de cesto. Deve existir uma câmara de rejeito e
uma forma de manter os furos ou ranhuras continuamente limpas, utilizando-se
chuveiros, raspadores, diafragmas vibratórios, tinas vibratórias, tinas oscilantes,
rotores de diversos perfis, e outros que se fizerem necessários.
O depurador probabilístico típico é uma máquina de funcionamento relativamente
simples. Os problemas de funcionamento ocorrem, normalmente, quando a carga
de alimentação está acima ou abaixo das especificações dos equipamentos.
PENEIRAS PLANAS VIBRATÓRIAS
As peneiras vibratórias, conforme se
pode observar na Figura 2, são os
equipamentos de depuração mais
antigos que existem. Sua utilização
vem sendo reduzida e restringindo-se
apenas a classificadores de rejeitos
de outros equipamentos. Suas
principais limitações residem na
capacidade hidráulica, altas perdas
de fibras nos rejeitos e entupimento
da placa perfurada.
Figura 2 – Peneira vibratória
Essas peneiras consistem em uma caixa que contém uma placa perfurada ou
ranhurada, colocada na posição horizontal ou levemente inclinada. Abaixo da
placa existe um dispositivo, um diafragma acionado por um mecanismo
excêntrico, que transmite um movimento vibratório à placa. A finalidade da
vibração é fazer com que o colchão de massa se desfaça e evite o entupimento
das aberturas da placa perfurada.
As peneiras vibratórias podem descarregar rejeitos a alta consistência (8% a 20%)
com perda em menor número, se for estabelecida comparação com o resultado
obtido na utilização de peneiras pressurizadas. A alimentação é feita por uma
caixa superior e tanto o aceite classificado como o rejeito não são pressurizados.
A pressão na seção transversal da placa é muito baixa (0,5 kPa ou menos) o que
representa baixa capacidade, em comparação com as peneiras pressurizadas
com consistências menores.
O mecanismo de separação primárioobedece à ordem de tamanho, a
consistências relativamente baixas (0,5% a 2%). Geralmente, quando se têm poucas
impurezas, a remoção pode ser mais eficiente quando se usam perfurações
maiores. O uso de placas com fendas ou furos muito pequenos diminui a
capacidade, pois o trabalho exige então consistências ainda mais baixas.
Os principais componentes de uma peneira vibratória são: o esquadro da peneira
apoiado em quatro molas espirais, um tanque de aceite e um acionamento com
peça giratória excêntrica para provocar a vibração.
A massa é conduzida até a superfície da placa perfurada por meio de um
funil. Provocado pela massa de giro excêntrico, a peneira executa um
movimento elíptico que propicia, além da depuração, o movimento da massa
e a ejeção dos rejeitos. Na saída dos rejeitos está instalado um tubo de
dispersão para evitar que fibras sejam ejetadas juntamente com os rejeitos. A
massa boa depurada sai pelo fundo do tanque da peneira. Veja o
funcionamento de uma peneira vibratória na Animação 1.
A vibração é provocada ou por um eixo a um peso excêntrico conectado por um
jogo duplo de acoplamentos elásticos com motor de acionamento, ou por um motor
vibrador especial que tem os pesos excêntricos fixados no próprio eixo do motor.
As perfurações das peneiras, bem como a capacidade da peneira, depende do
tipo de massa a ser peneirada.
A utilização de equipamento com perfurações de pequenas dimensões faz com
que os classificadores de rejeitos possuam essas perfurações para evitar que os
contaminantes, que eventualmente foram aceitos, voltem para o início do
processo e sobrecarreguem a instalação.
PENEIRAS ROTATIVAS
Antes da introdução de peneiras pressurizadas, o uso de peneiras rotativas
predominava nas fábricas de papel. Esse tipo de equipamento é utilizado
principalmente nas fases primárias e secundárias de limpeza da polpa.
As peneiras rotativas consistem, essencialmente, em um cilindro de paredes
perfuradas, contra as quais a suspensão fibrosa é impelida pela ação
centrífuga, gerada pelo movimento de rotação do próprio cilindro ou de um
rotor. De acordo com o escoamento da suspensão fibrosa em relação ao
cilindro perfurado, distinguem-se equipamentos de fluxo para fora do cilindro
e de fluxo para dentro do cilindro.
Figura 3 – Peneira rotativa centrífuga
1 - Entrada de polpa
2 - Cilindro perfurado
3 - Água de diluição
4 - Saída de rejeitos
5 - Aceite
Na peneira rotativa de fluxo para fora (Figura 3), a massa penetra por uma das bases do
cilindro, o material limpo atravessa os orifícios, sendo o rejeito retido e retirado da parte
interna da peneira. A
direção do fluxo do aceite
volta-se para o lado
externo da peneira.
Figura 4 – Peneira rotativa centrípeta
1 - Entrada de polpa
2 - Cilindro perfurado
3 - Aceite
4 - Rejeito
Na peneira rotativa de fluxo
para dentro (Figura 4), a
massa é conduzida à
superfície perfurada externa
do cilindro, e o aceite
atravessa os orifícios, sendo
recolhido no lado interno. O
fluxo de aceite dirige-se para
o lado interno da peneira.
 Mecanismo da depuração
probabilística
Pode-se dizer que entender os mecanismos
de separação durante a depuração,
constitui-se em ferramenta muito útil no
entendimento das operações dos
depuradores. Excluindo-se as velocidades
associadas com a turbulência local, existem
três velocidades principais dentro do cesto
(Figura 5): radial, axial e tangencial, as quais
produzem forças que vão determinar o grau
de separação dos rejeitos.
Figura 5 – Peneira do depurador pressurizado
A velocidade axial direciona-se para o eixo de rotação do cesto e paralelamente
ao cesto perfurado. Nota-se que a velocidade axial depende do espaço entre o
cesto e o corpo do rotor e também do volume do fluxo.
A velocidade radial depende da área total aberta das ranhuras ou furos e do
fluxo de aceite.
A velocidade tangencial é aquela que se obtém com a rotação da polpa em torno
do eixo do cesto; ela é paralela à superfície perfurada e perpendicular às
velocidades radial e axial. Diz-se que a velocidade relacionada com a passagem
da polpa pelas as aberturas é denominada velocidade transversal. O mecanismo
de depuração é influenciado diretamente pela velocidade transversal da polpa
mais próxima ao cesto.
DEPURADORES PRESSURIZADOS
Existem várias configurações de peneiras pressurizadas mas, essencialmente,
todas possuem uma placa ranhurada ou perfurada de forma cilíndrica. O material é
alimentado na face interna ou externa do cilindro. Sob pressão, a massa é forçada
contra a placa, e é considerado aceite aquele que conseguir ultrapassá-la. A
diferença entre os diversos tipos de peneiras pressurizadas encontra-se no
dispositivo que evita o entupimento das ranhuras ou furos da placa.
Hoje, as peneiras pressurizadas são desenvolvidas com alta tecnologia e com
componentes de alta precisão. Algumas são blindadas ou revestidas de modo a
aumentar sua vida útil, podendo ser utilizadas em condições severas.
Os furos das placas variam de 6 mm a 20 mm de diâmetro para peneiras planas
de cavacos ou de refugo bruto. Para aplicação na preparação de massa em
peneiras cilíndricas, a mais comum usa furos de 1,3 mm a 2,0 mm de diâmetro. O
espaçamento entre os furos também é importante.
Na prática, as dimensões entre os furos são calculadas de forma a respeitar a
direção da rotação e varia de acordo com o tipo de material que a peneira recebe.
Assim, a área de abertura para peneiras planas de cavacos ou de refugo bruto
pode ser maior que 40% a 50%, enquanto que para as peneiras cilíndricas, essa
área chega a 10%, ou menos.
As placas providas de fendas ou ranhuras consistem em uma abertura ao longo
da placa. Geralmente, as dimensões são orientadas perpendicularmente à
direção da rotação do rotor, sendo que as das peneiras planas estão orientadas
na direção perpendicular ao comprimento. As fendas podem ser de 0,15 mm a
0,75 mm, contudo, as mais populares são 0,25 mm a 0,45 mm.
As fendas removem impurezas de forma cúbica com mais eficiência que os furos.
O espaçamento entre as fendas varia de 4 mm a 5 mm para peneiras centrífugas
e, ocasionalmente, menores para peneiras centrípetas. Assim, a área de fendas
numa peneira cilíndrica é de aproximadamente 3% a 7%, e a capacidade de uma
peneira cilíndrica de fendas é, até certo ponto, menor que a das peneiras
cilíndricas providas de furos.
É tipicamente uma peneira centrípeta (Figura 6) com um elemento rotativo, com furos de 6
mm a 9 mm e alimentada com consistências variando de 2% a 4%. As peneiras centrífugas
1 - Alimentação
2 - Aceite
3 - Cilindro Ranhurado ou Perfurado
4 - Foil
5 - Rejeito
Figura 6 – Peneira centrífuga Selectifier
usam furos de 1,3 mm a 2,0 mm ou fendas de 0,25
mm a 0,45 mm e são utilizadas normalmente para
remoção de shives ou para fracionamento.
Fábricas que trabalham com aparas e papéis velhos utilizam peneiras
cilíndricas com furos de 1,3 mm a 2,0 mm imediatamente após o pulper. No final
do processo de preparo de massa, usam-se normalmente peneiras com furos
menores (0,25 mm a 0,35 mm). Em plantas de destintamento usam-se peneiras
providas de fendas menores que 0,15 mm.
Algumas fábricas utilizam peneiras centrípetas ou centrífugas com furos
maiores para proteger os cleaners da máquina de papel, e melhorar, assim, a
qualidade do papel formado.
A peneira centrífuga instalada antes da caixa de entrada visa a eliminação não
apenas de agregados de fibras, mas também materiais pesados, tais como
barbantes que ocasionalmente tenham entrado no processo.
 Princípios das peneiras pressurizadas
Peneiras pressurizadas são as mais aplicadas para retirada de impurezas na
indústria de papel. A zona de trabalho consiste normalmente em uma placa
perfurada cilíndrica e um rotor contendo elementos que causam pulsações perto
da superfície da placa perfurada. As pulsações evitam o entupimento da placa
perfurada por fibras ou por impurezas. Entre as pulsações, a alimentação de
massa, sob pressão acionada pelas bombas, força a água e as fibras boas a
passarem pelas aberturas da peneira,para se constituir no aceite da massa.
As primeiras peneiras pressurizadas operavam com uma velocidade periférica
do rotor de 3 m/s. Com o desenvolvimento das peneiras e de novos tipos de
rotores como o tipo foil essa velocidade passou para 10 m/s a 14 m/s em baixa
consistência, e 20 m/s a 26 m/s em alta consistência. A Animação 2 mostra a
ação do rotor foil.
VISTA FRONTAL
VISTA SUPERIOR
Foram desenvolvidos
vários tipos de rotores,
como se pode observar na
Figura 7.
A - Ação centrípeta; alimentação
lado foils
B - Ação centrífuga; alimentação
lado foils
C - Ação centrípeta e centrífuga;
alimentação lado foils
D - Ação centrípeta; aceite lado foils
Figura 7 – Ação centrípeta e centrífuga das peneiras pressurizadas
O princípio para todos os depuradores é o mesmo: uma pressão e um vácuo
exercidos na superfície da placa perfurada geram pulsos, e a resistência, o
comprimento, a freqüência e a taxa desses pulsos variam de acordo com o tipo
de equipamento e condições de trabalho.
O rotor pode estar dentro ou fora da placa, o que determina a ação centrífuga ou
centrípeta da peneira. As centrífugas trabalham com consistência entre 4% e 5%,
enquanto que as centrípetas, para serem eficientes, necessitam de consistência
em torno de 1% a 1,5%.
As vantagens dos depuradores pressurizados evidenciam sua grande
capacidade unitária, com um sistema totalmente fechado que exclui os arrastes
de ar e minimiza a formação de limos (slimes), também há a flexibilidade de
localização física, com necessidade de pouco espaço físico e economia em
instalações de bombeamento e tubulações.
No caso de novas instalações, recomenda-se o uso de depuradores
pressurizados, pois apresentam uma série de vantagens em relação aos
depuradores centrífugos ou rotativos, dentre elas podemos destacar:
 menor arraste de ar;
 baixa sensibilidade às variações de consistência;
 localizam-se em qualquer ponto do sistema, antes ou após lavagem;
 a operação sob pressão permite manter a limpeza de forma mais constante;
 melhor controle do processo, principalmente em relação aos rejeitos, o
que permite ajustar o desempenho do sistema;
 tamanho físico menor que outros tipos de depuradores;
 fácil instalação em qualquer ponto, desde o porão até o piso de operação.
FATORES QUE AFETAM A OPERAÇÃO DE PENEIRAMENTO
 Dimensão e forma das aberturas da placa perfurada
O tamanho e a forma das aberturas da placa perfurada devem levar em conta o
tamanho e a forma das impurezas que se deseja remover. Geralmente, em
peneiras centrífugas, as placas de furos são mais eficientes para reter pastilhas
longas e delgadas e partículas delgadas planas. Placas com fendas são mais
eficientes para separação de partículas esféricas ou cúbicas. Normalmente,
peneiras com furos possuem maior área aberta que peneiras com fendas, o que
aumenta sua capacidade de processar massa em mais elevada consistência com
menos ocorrência de entupimento.
 Taxa de remoção de rejeitos da placa
Define-se como taxa de remoção de rejeitos a quantidade de fibras e de impurezas
retiradas da câmara de resíduos em proporção à quantidade total de massa
introduzida, e expressa em percentagem.
A eficiência da peneira é definida como percentagem de rejeitos removidos em
relação à quantidade de impurezas que existe na massa.
Gráfico 1 – Efeito da taxa de remoção de rejeitos na eficiência da peneira
O Gráfico 1 mostra que a eficiência no início do processo cresce acentuadamente com o
aumento da taxa de remoção de rejeitos. A partir de 30% de remoção, o incremento de
eficiência torna-se quase
nulo. Considera-se que a
faixa de remoção dessa
peneira específica
corresponde a uma taxa
de remoção de rejeitos de
20% a 30%.
 Tempo de retenção da massa na placa
Quanto maior o tempo de retenção de uma partícula sobre uma placa, maior a
probabilidade de que essa partícula passe pelas suas aberturas. O tempo de
retenção é controlado pela quantidade do fluxo de entrada e pela taxa de remoção de
rejeitos. Esse fator tem maior influência no desempenho de peneiras planas e
rotativas, devido à ação da gravidade, que é menos acentuada em peneiras rotativas.
 Consistência da massa
Pouco se conhece sobre a maneira como a consistência afeta a eficiência do
peneiramento. Várias teorias foram propostas, mas nenhuma com
explicações aceitas pela maioria dos pesquisadores. Contudo, essa
influência existe, e para cada equipamento existe uma condição ótima de
operação, de acordo com o tipo de massa.
 Teor de rejeitos existente na massa
Qualquer aumento de teor de impurezas na massa resulta em teores maiores de
sujeira no aceite. Em operação normal e com todos os fatores envolvidos no
peneiramento sob controle, a única variável que melhora a eficiência é o aumento
da taxa de remoção de resíduos.
 Diferencial de pressão entre as faces da placa
O diferencial de pressão, que determina a vazão através da placa, está
diretamente ligada à dimensão das aberturas. Com uma dada placa de
abertura fixa, e a massa com consistência constante, um aumento na vazão
acarreta maior queda de pressão, que, por sua vez, faz surgir uma força de
maior intensidade. Como conseqüência, impurezas menores podem
atravessar a placa diminuindo a eficiência da peneira. Um aumento no
diferencial de pressão pode indicar entupimento da abertura da placa ou
aumento da consistência da massa.
 Grau de refinação das fibras
De maneira geral, fibras menos refinadas, ou mais rígidas, apresentam maiores
dificuldades para atravessar as aberturas das placas, podendo causar
entupimentos. A mudança repentina no grau de refinação deve ser evitada.
 Taxa de diluição na placa
Na operação de peneiras centrífugas e de alguns tipos de peneiras pressurizadas
deve-se fazer diluições nas áreas próximas à saída de rejeitos, pois, em processos
contínuos, há uma tendência de acumulação de impurezas nessa região.
Se a taxa de diluição for baixa, fibras boas podem ser rejeitadas juntamente com
impurezas e, no caso contrário, impurezas podem passar pela placa. Assim, a
taxa de diluição constitui-se em um meio de se controlar a taxa de remoção de
rejeitos de peneiras centrífugas.
 Temperatura da massa
Temperaturas altas aumentam a velocidade de drenagem de água da massa. Com
isso, materiais não desejados podem ser arrastados e atravessar as aberturas
das placas. Da mesma forma, altas temperaturas podem tornar certas impurezas
mais flexíveis, o que dificulta a sua retenção na placa.
Depuradores por peso (Hidrociclones)
Os limpadores centrífugos ou hidrociclones foram inventados em 1891, mas
somente em 1906 utilizou-se esse equipamento para remoção de impurezas,
com base no alto peso específico das partículas.
A separação de impurezas em depuradores centrífugos baseia-se no princípio de
um hidrociclone. A influência dos componentes de velocidade no sentido
tangencial, radial e axial provoca a separação das impurezas não desejadas.
BABUCKE, 1974, classifica os limpadores centrífugos segundo a consistência de
trabalho. Diferencia-se:
 separadores centrífugos de baixa consistência;
 separadores de massa grossa.
A exigência de alta qualidade para papéis finos, limpeza e igualdade de superfície
demanda a instalação de separadores centrífugos para depuração fina da massa,
antes da caixa de entrada.
Os separadores centrífugos (Figura 8) separam, além de partículas de
peso específico mais elevado, também impurezas mais leves, como
feixes de fibras. A instalação desses separadores proporciona a
fabricação de papéis mais limpos, uma melhor formação da folha,
aumento na velocidade das máquinas, além de aumentar a vida útil das
telas, dos feltros e dos rolos.
1 – Saída de massa
2 – Alimentação tangencial
3 – Arraste de sujeira em redemoinhos externos
4 – Suspensão de fibras
5 – Diafragmas
6 – Válvula de rejeição de sujeira
7 – Válvula de água
8 – Saída de ar
9 – Recipiente de rejeito
10 – Válvula de controle de rejeito
Figura 8 - Esquema de um limpador
centrífugo típico (VORTRAP)
Existem vários tamanhos de separadores centrífugos com capacidadevariando
de 135 l/min a 3000 l/min.
A perda de pressão entre a entrada e saída dos separadores situa-se na faixa de
70 kPa a 280 kPa. Para um bom efeito de separação, a consistência da massa
deve estar abaixo de 1%. Os separadores podem ser equipados com um
cabeçote especial, que garante o efeito de limpeza e uma desaeração da massa.
Para conseguir um bom rendimento da instalação e para reduzir a perda de fibras
para um mínimo, aplicam-se instalações de separadores centrífugos em vários
estágios. Somente o aceite do primeiro estágio segue para a produção, enquanto
que os estágios seguintes servem somente para recuperação do material fibroso
para concentração das impurezas.
Os limpadores centrífugos são utilizados principalmente para retirar da massa
pequenas partículas de sujeira de elevada massa específica, cuja remoção seria
difícil via peneiras. A Animação 3 mostra o princípio de funcionamento de um
limpador centrífugo típico.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
O princípio de funcionamento dos limpadores centrífugos se baseia na diferença
de massa específica das fibras e das impurezas a serem separadas pela ação da
força centrífuga. A suspensão fibrosa contendo impurezas é introduzida
tangencialmente na parte superior do aparelho. Imediatamente, o fluido
desenvolve um movimento de rotação penetrando, assim, na parte cônica. As
partículas descem em uma trajetória helicoidal em direção ao vértice, e
rapidamente adquirem aceleração uniforme.
A força centrífuga, sob pressão da qual as partículas mantêm-se aderidas à
parede do aparelho, intensifica-se muito na zona próxima ao vértice do cone. À
medida que o fluído se aproxima do vértice, o espaço disponível torna-se
gradualmente menor, e a parte da suspensão mais afastada da parede reverte a
direção do fluxo. O material em suspensão ascende em uma helicoidal em torno
do eixo vertical do cone e é retirado como aceite na parte superior do aparelho.
O material pesado que se concentra junto às paredes do aparelho acompanha uma
trajetória helicoidal descendente até atingir o vértice do cone, de onde é recolhido
como rejeito. A força centrífuga alcança intensidade elevada, o que aumenta a
velocidade de sedimentação e possibilita uma separação eficiente de partículas
inferiores a 0,25 mm, mesmo que a densidade seja pouco superior à das fibras.
Partículas menores que 0,25 mm são removidas com maior eficiência em
hidrociclones pequenos (com 3” de diâmetro). As impurezas maiores, planas e
leves, são mais facilmente removidas em hidrociclones maiores (6” de diâmetro).
A eficiência do aparelho é influenciada pelas suas características de desenho e
condições de operação. As características que mais afetam o desempenho dos
ciclones são: diâmetro do duto de entrada de massa e saída de aceite, diâmetro
do corpo do ciclone, ângulo do cone, altura da seção cilíndrica e sistema de
remoção de rejeitos.
MATERIAIS EMPREGADOS
Um depurador pode ser construído com diferentes materiais, sendo os mais
comuns o aço inox, cerâmica e outras formas de polímeros. O material depende
das condições do processo, como temperatura, pH e abrasividade dos rejeitos. Os
cleaners de aço inoxidável oferecem boa resistência à abrasão e corrosão e podem
ser operados em temperaturas elevadas, contudo é um material de difícil utilização.
Os cleaners de cerâmica são bastante resistentes à abrasividade mas se
constituem em materiais de difícil trabalhabilidade. São usados normalmente
onde existe uma abrasividade muito elevada, e ainda apenas na seção cônica do
aparelho ou na extremidade de saída dos rejeitos.
Já os polímeros são os materiais mais comuns na construção de um cleaner, pois
é um material de fácil trabalhabilidade, e permitem, com facilidade, a confecção de
curvas e superfícies complexas, canos, etc. Os polímeros mais utilizados são o
nylon, poliuretano e polietileno de alta densidade. A escolha do polímero depende
grandemente das condições de processo. Alguns polímeros tendem a se
deformar em temperaturas relativamente baixas (140ºC a 185ºC) e alguns sofrem
inchamento e degradação sob a ação de certos produtos químicos.
VARIÁVEIS DE FUNCIONAMENTO
A performance da operação de um depurador é afetada pelas variáveis
relacionadas com as características da polpa, projeto do depurador e a
operação propriamente dita.
Características da polpa:
 tipo de fibra;
 características dos contaminantes (tamanho, forma, densidade);
 nível de impureza.
Projeto do hidrociclone:
 configuração do fluxo de entrada de alimentação;
 diâmetro do corpo;
 diâmetro da saída de aceite;
 altura da seção cilíndrica;
 ângulo do cone;
 dimensão do orifício de rejeitos;
 seção de diluição.
Variáveis de operação:
 vazão de fluxo de polpa;
 consistência de alimentação (0,5% a 0,9 %);
 taxa de rejeitos (10% a 20 %);
 quantidade de sujeira na alimentação;
 queda de pressão (2,1 bar a 2,45 bar ou 210 kPa a 245 kPa);
 ar contido na polpa;
 diluição;
 temperatura.
CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DOS
LIMPADORES CENTRÍFUGOS
 Consistência de alimentação
A eficiência de um cleaner
convencional decresce com o aumento
da consistência, devido às fibras da
polpa tenderem a interferir no
movimento dos contaminantes e,
assim, com altas consistências, alguns
contaminantes podem não migrar para
a parede do cleaner e seguir no
processo juntamente com os rejeitos.
Veja o Gráfico 2.
Gráfico 2 – Efeito da consistência de trabalho na eficiência do aparelho
 Pressão de operação
As pressões de operação podem ser medidas e controladas pela pressão de
alimentação, pressão de saída de aceite e pressão de saída dos rejeitos. Essas
pressões interagem em dois caminhos e afetam a operação do cleaner.
A diferença entre as pressões de alimentação e aceite geralmente definem a
capacidade do cleaner. Essa diferença é chamada de pressão diferencial de
operação ou dP. Há necessidade de um mínimo de dP para estabilizar o vórtex do
fluido requerido para a operação do aparelho.
Assim, a passagem completa do fluido
pelo cleaner aumenta linearmente com
o aumento do dP até um ponto máximo,
ponto em que ocorre um decréscimo
devido à geração de turbulência. O
aumento inicial na eficiência se dá
devido ao aumento da circulação
através do aparelho produzindo mais
força centrífuga e, conseqüentemente,
melhor separação. O aumento do
diferencial de pressão requer maior
energia de bombeamento, por isso um
ponto ótimo deve ser determinado. Veja
o Gráfico 3.
Gráfico 3 – Efeito da dP na eficiência do aparelho
 Temperatura do sistema
Em geral a temperatura não afeta de maneira significativa a operação dos
cleaners quando abaixo de 160ºF (em torno de 70ºC). Contudo, alguns autores
relatam que o aumento da temperatura tende a melhorar a eficiência da limpeza,
particularmente em cleaners reversos e de fluxo direto.
 Teor de rejeitos
O teor de rejeitos é normalmente dado por uma percentagem do teor de alimentação
e pode ser expresso em termos de volume ou massa. Se ele é muito pequeno, parte
dos contaminantes que se encontram dentro do vórtex poderão ser incapazes de
sair pelo orifício de rejeito e serão forçados a seguir juntamente com os aceites,
diminuindo a eficiência do aparelho. Da mesma forma, se a taxa de rejeitos for muito
elevada, sistemas com mais estágios de cleaners para reduzir o nível de impurezas
no aceite são aplicadas.
O Gráfico 4 mostra, de maneira
genérica, o efeito do teor de rejeitos
na eficiência dos limpadores
centrífugos. Pode-se observar que a
eficiência aumenta com o aumento do
teor de rejeitos até um ponto máximo
após o que começa a decrescer.
Gráfico 4 – Efeito do teor de rejeitos na eficiência do aparelho
O aumento inicial da eficiência se dá pelo fato de o alto teor de rejeitos permitir
que mais contaminantes saiam pelo orifício de rejeitos. Entretanto, um alto teor de
rejeitos provoca mudanças na circulação dentro do vórtex, resultando em queda
da eficiência. O tipo de impureza, assim como o tipo de cleaner, também
influenciam a eficiência do aparelho.Figura 12 - Fluxo direto
1 - Alimentação
(consistência 1,0%)
2 - Aceite
3 - Rejeitos
4 - Diferencial de pressão
(70 kPa a 100 kPa)
Figura 10 - Convencional
1 - Alimentação
(consistência 0,6%)
2 - Aceite
3 - Rejeitos
4 - Diferencial de pressão
(140 kPa a 200 kPa)
Figura 11 - Reverso
1 - Alimentação
(consistência 1,0%)
2 - Aceite
3 - Rejeitos
4 - Diferencial de pressão
(140 kPa a 280 kPa)
TIPOS DE CLEANERS
Dentro da indústria de
papel, três tipos de
limpadores centrífugos
são mais comumente
usados.
Quadro 2 – Comparação entre tipos de cleaners
CARACTERÍSTICAS
CONVENCIONAL REVERSO FLUXO DIRETO
Rejeito Aceite Aceite Rejeito
5% 45% 90% 10%
2% 1,7% 1,0% 0,2%
15% 80% 98% 2%
Vazão
Consistência
Fibra
Para remoção de grandes quantidades de impurezas com alto peso específico
(>1), usam-se os hidrociclones típicos chamados limpadores convencionais.
Esses limpadores se constituem na grande maioria dos limpadores centrífugos
da indústria. Basicamente, existem três tipos desses limpadores: cleaners de alta
densidade, média densidade e os cleaners de finos.
O cleaner de fluxo direto (through flow) e o cleaner reverso são mais utilizados
para remover impurezas leves (com peso específico < 1).
O Quadro 2 mostra a comparação entre os diferentes tipos de cleaners.
Quadro 3 - Características entre os cleaners, de acordo com o tipo de impureza
CLEANER DE FINOS
75 a 300
0,6 a 2,4
0,5 a 1,5
contínuo
resíduos de tinta, areia
fina, feixe de fibras,
aglomerados, etc.
1,2 a 3,3 hw/t/d
todas as linhas de papéis
de escrita e impressão
CARACTERÍSTICA
Diâmetro superior (mm)
Comprimento Total (m)
Consistência de entrada (%)
Sistema de rejeitos
Tipo de impurezas
Consumo de energia
Matéria-prima
CLEANER DE ALTA
DENSIDADE
250 a 1200
2,4 a 6,1
2 a 5
manual / automático
grande parte de impurezas
grossas, como: porcas de
parafusos, pregos, clipes,
pedaços de metal, vidro,
feixe de fibras, pedras
grandes
0,2 a 0,4 hw/t/d
todos os papéis
CLEANER DE MÉDIA
DENSIDADE
200 a 650
2,4 a 6,1
1 a 3
manual / automático
maioria das impurezas
grossas assim como areias,
pedaços de vidro, algumas
cascas, e outras partículas
menores que 100 mesh
0,4 a 0,8 hw/t/d
a maioria dos papéis, com
exceção de polpa em fardos
Veja no quadro 3 algumas características dos cleaners.
 Cleaner de alta densidade
Os cleaners de alta densidade são potencialmente utilizados por fábricas de
polpa, normalmente antes de peneiras ou refinadores, em sistemas de fibras
secundárias (aparas e papéis velhos), também antes de peneiras ou refinadores,
nos sistemas de preparo de massa de máquinas de papel, antes de refinadores,
visando à proteção de discos ou após refinadores com o objetivo de proteger
equipamentos posteriores, como placas de refinadores de quebras de máquina.
 Cleaner de média consistência
Os cleaners de média consistência são utilizados em fábricas de polpa,
particularmente onde a lavagem de cavacos é pobre, na fase anterior à das
peneiras pressurizadas com ranhuras finas; em sistemas de fibras
secundárias, principalmente onde se utilizam papéis corrugados, mistura de
papéis velhos, antes do uso de peneiras ranhuradas e limpadores
centrífugos finos, reverso e de fluxo direto.
 Cleaner de finos
Os cleaners de finos são encontrados em fábricas de polpa para remoção de
feixes de fibras, pedaços de cascas e areia; em fábricas de polpa mecânica para
remover feixes de fibras, areia, partículas metálicas provenientes de corrosão de
equipamentos, etc.; em plantas de destintamento, para remoção de partículas de
tinta, materiais abrasivos e outras impurezas, além de outras operações de
sistemas de fibras secundárias visando à remoção de resíduos de impurezas,
como areias, partículas metálicas e promover uma melhora na aparência do
papel. Esses limpadores são normalmente instalados em sistemas de múltiplo
estágio com grande variação de arranjos. O mais comum é o tipo cascata com
três a cinco estágios.
 Cleaner com sistema de
purificação (economizador)
Geralmente tem-se dado
pouca importância à
viscosidade da água, a qual
varia consideravelmente
com a temperatura,
conforme está evidenciado
no Gráfico 5.
À medida que a viscosidade
da água diminui, seu arraste
hidráulico também diminui,
reduzindo a força que impele
as fibras em direção à parte
superior com o aceite.
Gráfico 5 – Temperatura x Viscosidade
Isso resulta na permanência de um maior número de fibras na periferia do
depurador, que mais tarde são eliminadas com o rejeito.
Embora o peso específico seja um fator que afeta a separação das impurezas da
massa, a forma da partícula é de grande importância. As fibras de celulose são
aceitas pelos depuradores centrífugos porque as forças hidráulicas são maiores
que a força centrífuga.
Se a partícula contaminante encontra-se na forma de disco, a probabilidade de
ser influenciada pelo arraste hidráulico é maior do que se a partícula fosse
esférica. Assim, temos que a areia é expelida rapidamente por um depurador
centrífugo, enquanto algumas partículas de borracha são expelidas ou aceitas,
dependendo de sua forma.
O efeito da diminuição da
viscosidade sobre o volume de
rejeitos está demonstrado na
curva do Gráfico 6.
O depurador usado foi o de 6
polegadas de diâmetro que,
em condições normais, tende a
oferecer baixa porcentagem de
rejeito. Quando a temperatura
da pasta chega a 71ºC (160ºF),
o depurador rejeita 50%, em
peso, de celulose alimentada.
Gráfico 6 – Percentual de
rejeitos x Temperatura
Ao reduzir-se o diâmetro do orifício de rejeitos, para diminuir o volume de
impurezas, a celulose flui tão rapidamente que tapa o orifício, e o depurador não
pode arrancar de novo.
Usando um orifício de maior diâmetro, a temperatura é reduzida, e o volume de
rejeitos diminui em proporção direta com a viscosidade da água.
Em um cleaner verificou-se que algumas partículas, ao aproximarem-se do orifício
de rejeito, mudavam de direção e se incorporavam à corrente ascendente e sob
sua influência continuavam essa trajetória saindo, algumas vezes, com o aceite.
Outras vezes, as partículas são rejeitadas e devolvidas à corrente descendente
(rejeitos). Como a consistência dos rejeitos é geralmente três vezes mais elevada
que a da pasta que entra no sistema, concluiu-se que a consistência na região do
cume da unidade é demasiadamente alta para separar as impurezas das fibras.
Sabe-se que a viscosidade da água diminui com a elevação da temperatura da
suspensão, que provoca um aumento na quantidade de rejeitos. Para eliminar esses
efeitos indesejáveis, cortou-se o cone do orifício de rejeitos e adaptou-se um
dispositivo ou peça controladora do fluxo para níveis comercialmente aceitáveis,
sem comprometer a eficiência da capacidade de separação do depurador.
Foram feitos vários modelos de dispositivos economizadores para
se diminuir a quantidade de rejeitos. A Figura 13 ilustra um
economizador adaptado à seção inferior de um depurador. Os
rejeitos, juntos com uma parte de celulose, caem no economizador,
que tem a área quatro vezes maior que a do orifício do cone.
O volume é aumentado com água, através de duas aberturas
tangenciais, com a finalidade de diminuir a consistência, e
possibilitar que as fibras sejam separadas dos rejeitos. A água
fresca, geralmente água branca filtrada, entra a uma pressão de
1,3 kg/cm2 a 2,1 kg/cm2. A água entra em alta velocidade, criando
um novo vórtex de escoamento. Essa água cria dois efeitos.
1 – Núcleo de ar
2 – Parte do cleaner
3 – Entradas de água
4 – Água do economizador
5 - Rejeitos
Figura 13 – Economizador
Primeiro, a alta velocidade causa um vórtex externo com
aceleração que aumenta as forças centrífugas no interior
do corpo. Segundo, há tendência de o movimento do
vórtex externo para o vórtex interno intensificar as
forças de arraste. Por sua vez, as forças de arraste
movimentam as partículas mais leves (fibras) da parte
externa para o centro do cleaner, que serão extraídas
para dentro do vórtex interno. Assim, a força centrífuga
leva as partículas de contaminantes mais pesadas parao
vórtex externo, o que permitirá que sejam eliminados
pelo orifício de saída de rejeito. Como resultado, as
fibras aproveitáveis que seriam descartadas com o
rejeito são transferidas para o aceite. (Figura 14)
Figura 14 - Economizador
Experiências provam que a maior parte da água introduzida no economizador
une-se ao aceite. Somente o primeiro estágio dos sistemas de limpeza
removem partículas de impurezas da polpa que segue no processo. Os
estágios subseqüentes servem apenas para reduzir a quantidade de fibras
aproveitáveis presentes no rejeito final.
 Coarse cleaner (limpador de massa
grossa)
O coarse cleaner (limpador de massa grossa),
mostrado na Figura 15, é usado para separar
grande quantidade de impurezas de refugo e
materiais abrasivos presentes na massa. Esses
contaminantes devem ser removidos sempre
que possível para prevenir danos aos
equipamentos utilizados em fases posteriores
no processo, como peneiras, despastilhadores,
refinadores, e outros.
1 – Alimentação
2 – Aceite
3 – Rejeito
Figura 15 – Coarse cleaner (limpador de massa grossa)
Esse equipamento não remove contaminantes muito finos, importantes para
preservar a qualidade da polpa final.
O princípio de funcionamento é semelhante ao de um cleaner convencional,
pois, para remover a maior parte de impurezas, como pedras e metais, forças
centrífugas devem predominar.
SPANGEMBERGER, 1993. USgpm: galão por minuto – (sistema americano)
Quadro 4 - Característica de um coarse cleaner
Aplicação
Diâmetro (pol.)
Consistência (%)
Diferencial de pressão (PSI)
Capacidade do Cleaner (USgpm)
Remoção de refugo
12 a 24
1 a 2
25 a 35
1.000 a 20.000
Remoção de areia
7 a 14
1,5 a 2,0
30 a 35
800 a 1.500
Os rejeitos são coletados em uma caixa de rejeitos que consiste de uma câmara entre
duas válvulas. Normalmente a válvula superior é aberta, e a inferior, fechada para que os
rejeitos possam entrar no reservatório. Periodicamente procede-se a retirada de rejeitos
da câmara fechando-se a válvula superior e abrindo-se a inferior. A câmara novamente
recebe água branca em nível suficiente e as válvulas retornam às posições originais.
 Cleaner reverso
O princípio de operação desse tipo de cleaner, mostrado na
Figura 16, é o mesmo dos cleaners convencionais (forward),
exceto que agora a fração leve são os rejeitos. Dentre algumas
diferenças importantes entre os cleaners convencionais e os
cleaners reversos podemos citar que, no primeiro caso, a
fração de rejeitos representa 5% a 15% da massa que entra no
aparelho, enquanto que, no segundo caso, uma fração de
aceite 5% a 15% não é aceitável.
Conseqüentemente, o orifício de aceite do cleaner reverso
deve ser significativamente maior que o orifício de rejeito do
cleaner convencional. Entretanto, a largura desse orifício não
deve ser muito grande, pois a partir de certos limites se
compromete a estabilidade do vórtex do fluxo.
1 – Alimentação
2 – Rejeito
3 – Aceite
Figura 16 – Cleaner reverso
Por essa razão, esse equipamento possui uma taxa de
rejeitos relativamente elevada e tende a operar com um
alto diferencial de pressão devido à quantidade de
energia requerida para manter o vórtex do fluxo estável,
mesmo com o orifício de aceite mais largo.
 Cleaner de fluxo direto (through flow)
Os dois maiores problemas apresentados durante a
operação do cleaner reverso são o grande diferencial de
pressão exigido, o que aumenta o consumo de energia e
a alta taxa volumétrica de rejeitos.
O cleaner de fluxo direto (through flow), mostrado na
Figura 17, foi desenvolvido para resolver esses
problemas. Sua diferença para o reverso encontra-se na
saída de aceite e rejeitos no final do aparelho. Compare
com a Figura 16.
Figura 17 – Through flow cleaner
1 – Alimentação
2 – Aceite
3 – Rejeito
Veja no Quadro 5 os parâmetros de operação de limpadores centrífugos não convencionais.
TIPO
Consistência (%)
Diferencial de pressão
(PSI)
Taxa de rejeito de
massa (%)
Taxa de rejeito
REVERSO
0,5 a 0,8
25 a 40
15 a 25
40 a 60
15 a 30
1
FLUXO DIRETO(THROUGH FLOW)
0,5 a 1,0
15 a 20
5 a 10
5 a 15
25 a 40
Quadro 5 - Parâmetros de operação de limpadores
Nesse equipamento, tanto o aceite quanto o rejeito se movimentam
continuamente para baixo dentro do corpo do aparelho. O orifício de aceite
desse cleaner tem forma anular e envolve o orifício de rejeitos e torna
possível ao orifício de aceite alargar-se externamente sem desestabilizar o
vórtex do fluxo. Como resultado, tem-se uma operação com menor pressão
diferencial e menor taxa volumétrica de rejeitos.
Até aqui, descrevemos os depuradores de forma isolada,
todavia lembramos que o objetivo da depuração é o de
separar o fluxo a ser depurado em duas partes: o do aceite
que deverá conter o máximo possível de fibras boas e o
mínimo possível de sujeiras; e o de rejeito, que deverá conter
o mínimo de fibras boas e o máximo possível de sujeiras.
No entanto, é impossível obter isso em um único estágio,
portanto, faz-se necessário o acoplamento de diversos tipos
de depurador em um só sistema. Necessitam-se de estágios
adicionais de depuração dos rejeitos para concentrar as
impurezas e devolver as boas fibras ao processo.
SISTEMA DE
DISPOSIÇÃO DOS
DEPURADORES
Principais sistemas
SISTEMA DE ESTÁGIO UNITÁRIO
O sistema de estágio unitário constitui-se de um único depurador, o qual recebe
um fluxo de polpa de entrada e possui duas correntes de saída: uma de aceites e
outra de rejeitos. Todavia, a experiência nos indica que o uso de estágio unitário
causa perdas de eficiência devido à possibilidade de fibras de boa qualidade
serem arrastadas com os rejeitos.
Supondo-se que existam 100 kg de polpa no sistema e 1 kg de sujeira, e que a taxa
de rejeito de fibra é igual a 15 % e a eficiência de depuração seja de 90%.
Veja como fica o cálculo de perdas com a utilização desse tipo de sistema:
 taxa de rejeito ( % ) = quantidade total de rejeitos / quantidade de
polpa alimentada
 0,15 = quantidade total de rejeitos / 100
 quantidade total de rejeitos = 15 kg
 quantidade de aceite (kg) = quantidade total de polpa - quantidade
total de rejeitos
 aceite = 100 - 15 = 85 kg de fibras boas
eficiência da
depuração
massa de
rejeitos
no fluxo
de
alimentação
(%)
massa de
rejeitos
no fluxo
de aceite
(%)
massa de
rejeitos no
fluxo de
alimentação
(%)
Com a eficiência de rejeição de 90 %, temos:
ER = ( SI - SA ) / SI
Substituindo os valores temos:
 ER = ( SI - SA ) / SI
 0,9 = ( 1,0 - SA ) / 1,0
 SA = 1 – 0,9 = 0,1 kg
 SR = SI - SA = 1 – 0,1 = 0,9 kg de impurezas no rejeito
Nota-se aqui uma perda de fibras de 15 kg para cada 100 kg de fibras
alimentadas; logo, em uma fábrica de 1000 t/dia, teríamos uma perda de 150 t/dia
de fibras boas. Levando-se em conta o custo da tonelada de celulose em torno de
US$ 500, perderíamos por ano cerca de US$ 24.750.000 em um ano operacional
de 330 dias; algo completamente inaceitável.
SISTEMAS DE ARRANJO EM CASCATA
O sistema de arranjo em cascata surgiu com o interesse de reduzir as perdas de
fibras. Esses sistemas podem ser arranjados com 3 a 4 estágios, sendo
instalados normalmente quando se produzem polpas branqueadas. O sistema
cascata poderá ser direto ou reverso. Cascata reverso é aquele em que o aceite
do depurador secundário vai para a alimentação do primário.
O sistema cascata direto é aquele que o aceite do depurador secundário vai para o
fluxo de aceite do primário. Todavia, a decisão de qual sistema deva ser utilizado ou
qual a extensão da depuração, deve-se priorizar previamente o retorno econômico
do sistema adotado. Veja o funcionamento do sistema na Animação 4.
O desempenho dos depuradores se mede em termos de
capacidade de eliminação de impurezas:
ER = (SI - SA ) / SI , onde
ER = Eficiência da depuração
SI = massa de rejeitos no fluxo de alimentação (%)
SA = massa de rejeitos no fluxo de aceite (%)
Todavia, há outra forma de expressar o funcionamento de
um depurador:
Q = ( SR - SA ) / SR , onde
Q = quociente de depuração
SA = massade rejeitos no fluxo de aceite (%)
SR = massa de impurezas no fluxo de rejeitos (%)
CÁLCULO DA
EFICIÊNCIA DOS
DEPURADORES
Depuradores probabilísticos
O tamponamento (blinding) do cesto ocorre quando a
camada de fibras da polpa próxima à superfície do cesto
colapsa devido à pressão, formando um lençol de fibras
sobre a superfície, diminuindo ou impedindo o fluxo de
aceite. O fluxo de rejeito aumenta e o controlador de fluxo
reage para reduzi-lo. A carga no motor pode ficar constante
ou até diminuir. A pressão diferencial tomará valor máximo. O
efeito de tamponamento pode ser causado pelo excesso de
aceite em certas condições operacionais.
PROBLEMAS
OPERACIONAIS -
TAMPONAMENTO E
ENTUPIMENTO
O entupimento (plugging) de um cesto ocorre quando a consistência no lado da
alimentação sobe até o ponto de causar problemas no acionamento ou na
capacidade. Se o problema não for resolvido rapidamente, o motor pode até frear.
Os sintomas de entupimento são semelhantes aos de tamponamento: o fluxo de
rejeito pode cair e a carga do motor normalmente sobe.
A limpeza do cesto se faz, em ambos os casos, fechando-se a válvula de aceite e
esperando-se até que os pulsos negativos do rotor provoquem o desentupimento
dos furos. Fechar a válvula de alimentação também resolve, mas poderá levar
mais tempo. Uma forma de prevenir esses problemas consiste na instalação de
um alarme e fazer uma seqüência de processos de automatização de limpeza.
Depuradores por peso
Nos hidrociclones, da mesma forma que nos depuradores probabilísticos, o
principal problema de funcionamento é o entupimento do orifício de saída de
rejeitos com material estranho, acúmulo de fibras ou mesmo polpa de alta
consistência. Normalmente, dimensiona-se o orifício para se ter um nível de
rejeito razoável, porém, às vezes, seu tamanho deve ser incrementado para evitar
tamponamento, todavia recomenda-se trabalhar com baixa consistência ou
proteger o hidrociclone mediante a instalação de outros hidrociclones de grande
diâmetro, com objetivo de eliminar os materiais grosseiros suscetíveis de causar
tamponamento em unidades de pequeno diâmetro. Outra forma de minimizar tais
efeitos consiste na colocação de uma peneira desfloculadora antes dos
hidrociclones, com a meta de eliminar os agregados das fibras.
Outro problema comum nos hidrociclones ocorre com a possibilidade de introduzir
ar na polpa, o que pode significar um problema em algumas aplicações,
principalmente antes da máquina de papel. Como existe um núcleo vazio que se
estende desde o extremo do orifício de saída até o tubo de aceite, há uma forte
tendência a recolher ar quando se utiliza uma descarga livre. A entrada de ar pode
ser impedida mediante uma descarga submersa ou uma descarga de rejeitos
descentralizada para romper o núcleo vazio na câmara de rejeitos. Deve-se ater em
relação ao método utilizado para impedir a entrada de ar a fim de que a eficiência
do hidrociclone não seja afetada.
No processo de preparação de papéis velhos, verifica-se,
com freqüência no pulper, condições difíceis de trabalho,
visto que na alimentação não se pode controlar o tipo nem o
tamanho das partes estranhas da matéria-prima. Uma
percentagem muito grande de partes plásticas e
impermeáveis pode entupir a placa perfurada do pulper, e
partes pesadas podem produzir danos maiores; como
conseqüência, podem ocorrer paradas na planta de
desintegração para reparos. A instalação de um fiberizer
depois do pulper soluciona esse problema, tanto em
sistemas de desintegração contínuo quanto no periódico.
TURBO – SEPARADOR
(FIBERIZER)
1 - Alimentação
2 - Impurezas leves
3 - Impurezas pesadas
4 - Aceite
O fiberizer (Figura 18 e 19) separa
impurezas leves assim como partículas
pesadas existentes, ao mesmo tempo em
que reduz o número de aglomerados de
fibras que possam existir. Por esse
motivo, as perfurações da placa do
pulper podem ser maiores.
Figura 18 - Fiberizer
Do desagregador, a suspensão é conduzida
primeiramente a um depurador de pasta
densa que separa as partículas pesadas
para que, com a pasta limpa, seja alcançada
uma maior vida útil das máquinas. A
suspensão da pasta com uma consistência
de 2,5% a 4% penetra tangencialmente o
fiberizer e diretamente diante da chapa
perfurada, através da qual é extraída a pasta
aceita pelo fiberizer. Essa chapa perfurada
tem furos entre 3 mm a 6 mm; dentro do
fiberizer a suspensão se mantém em
Figura 19 - Fiberizer
Sumário
INTRODUÇÃO
FINALIDADE DA DEPURAÇÃO
TIPOS DE DEPURADORES
Depuradores probabilísticos (Classificadores)
PENEIRAS PLANAS VIBRATÓRIAS
PENEIRAS ROTATIVAS
DEPURADORES PRESSURIZADOS
FATORES QUE AFETAM A OPERAÇÃO DE PENEIRAMENTO
Depuradores por peso (Hidrociclones)
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
MATERIAIS EMPREGADOS 
VARIÁVEIS DE FUNCIONAMENTO
CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DOS LIMPADORES CENTRÍFUGOS
TIPOS DE CLEANERS 
SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DOS DEPURADORES
Principais sistemas 
SISTEMA DE ESTÁGIO UNITÁRIO
SISTEMAS DE ARRANJO EM CASCATA
CÁLCULO DA EFICIÊNCIA DOS DEPURADORES
PROBLEMAS OPERACIONAIS - TAMPONAMENTO E ENTUPIMENTO
Depuradores probabilísticos
Depuradores por peso
TURBO – SEPARADOR (FIBERIZER)
rotação por meio de um rotor, e as impurezas pesadas são conduzidas pela força
centrífuga para fora pela comporta de partículas pesadas, enquanto que as
impurezas leves, tais como, plásticos, acumulam-se no redemoinho central; as
impurezas pesadas, assim como as leves, são extraídas por meio de válvulas
pneumáticas de funcionamento intermitente. As impurezas leves são
reclassificadas em um depurador plano vibratório, enquanto que as pesadas, livres
de fibras, podem ser eliminadas imediatamente. A pasta aceita flui através da chapa
perfurada por detrás do rotor para a descarga.
	Sumário
	introdução
	finalidade da depuração
	tipos de depuradores
	Depuradores probabilísticos (Classificadores)
	Peneiras planas vibratórias
	Peneiras rotativas
	Depuradores pressurizados
	Fatores que afetam a operação de peneiramento
	Depuradores por peso (Hidrociclones)
	Princípio de funcionamento
	Materiais empregados 
	Variáveis de funcionamento
	Condições de operação dos limpadores centrífugos
	Tipos de Cleaners 
	sistema de disposição dos depuradores
	Principais sistemas 
	Sistema de estágio unitário
	Sistemas de arranjo em cascata
	cálculo da eficiência dos depuradores
	Problemas Operacionais - Tamponamento e Entupimento
	Depuradores probabilísticos
	Depuradores por peso
	Turbo - Separador (Fiberizer)
	aceite: Termo genérico para qualquer material não rejeitado na limpeza e depuração.
	aparas: Sobras resultantes dos cortes finais de acabamento das folhas ou rolos de papel. Na indústria de celulose e papel, também são chamados de aparas papéis já usados, recolhidos para reciclagem.
	cavacos: Lascas de madeira com dimensões adequadas para o processamento.
	celulose: Material fibroso obtido da madeira ou de outros vegetais, depois da remoção da lignina e demais componentes. Na indústria de celulose e papel, muitas vezes refere-se à massa celulósica. O mesmo que polpa.
	cleaner: Depurador centrífugo, separa as impurezas de uma suspensão fibrosa mediante a diferença de peso.
	concentração: Percentagem de material sólido contido na suspensão. O mesmo que consistência.
	consistência: Percentagem de material sólido contido na suspensão. O mesmo que concentração.
	depuradores: Equipamentos removedores de sujeiras e rejeitos da massa.
	estilhas: Feixes de fibras não-desfeitos; sua ocorrência nas pastas é considerada impureza. O mesmo que palitos.
	fiberizer: Equipamento integrante de um sistema de aparas que complementa a operação iniciada no pulper; nesse equipamento a suspensão é separada em três fluxos: aceite, rejeitos leves e rejeitos pesados.
	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 recicladade papéis velhos.
	fracionamento: Separação, através de peneira, de fibras recicladas longas das curtas.
	massa: Suspensão aquosa de um ou diversos tipos de pastas, na fabricação de papel, entre os estágios de desagregação e da formação da folha.
	papel: Nome genérico dado a uma folha formada sobre uma tela a partir de uma suspensão aquosa de fibras naturais (minerais, vegetais, animais) ou sintéticas, com ou sem a adição de outras substâncias.
	papéis velhos: Papel ou cartão que, após o uso, é reconduzido ao processo como matéria-prima.
	pasta química: Pasta obtida a partir de matéria-prima da qual a maior parte de certos componentes não celulósicos foi removida, por tratamento químico, por exemplo cozimento, dispensando desfibramento mecânico.
	pasta: Material fibroso geralmente de origem natural e vegetal, preparado para utilização em processos industriais posteriores.
	peneira: Dispositivo provido de furos ou fendas com o objetivo de separar materiais conforme seu tamanho.
	peneiramento: Operação de retirada de impurezas através de sua retenção em peneiras de diferentes tipos de aberturas. Ocorre na separação de fibras, bem como na limpeza da massa.
	refugo: Material fibroso desclassificado.
	rejeito: Impurezas contidas nas pastas, com dimensões maiores que as fibras; o mesmo que refugo.
	suspensão: Sistema bifásico constituído por uma fase sólida de partículas grosseiras imersa numa fase líquida.
	vórtex: Vórtice, redemoinho.