Fabricação Papel

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS 
FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
FRANCISCO ELPÍDIO VIANA BARBOSA 
 
 
 
ANÁLISE DAS VARIÁVEIS OPERACIONAIS DE UM 
PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PAPEL VISANDO 
MAIOR EFICIÊNCIA DA OPERAÇÃO 
 
 
ANALYSIS OF OPERATING VARIABLES IN A 
PAPERMAKING PROCESS AIMING AT A HIGHER 
OPERATION EFFICIENCY 
 
 
 
 
 
 
CAMPINAS – SP 
2015
 
 
FRANCISCO ELPÍDIO VIANA BARBOSA 
 
 
 
 ANÁLISE DAS VARIÁVEIS OPERACIONAIS DE UM PROCESSO DE 
PRODUÇÃO DE PAPEL VISANDO MAIOR EFICIÊNCIA DA OPERAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Orientador: Prof. Dr. José Vicente Hallak d’Angelo 
Coorientador: Prof. Dr. Roger Josef Zemp 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPINAS – SP 
2015 
 
 
Dissertação apresentada à Faculdade de 
Engenharia Química da Universidade 
Estadual de Campinas como parte os 
requisitos exigidos para a obtenção do título 
de Mestre na Área de Engenharia Química 
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL 
DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO 
FRANCISCO ELPÍDIO VIANA BARBOSA E ORIENTADA 
PELO PROF. DR. JOSÉ VICENTE HALLAK D’ANGELO 
 
 
 
 
 
 
 
Dissertação de Mestrado defendida pelo aluno Francisco Elpídio Viana Barbosa 
em 19 de Novembro de 2015 e aprovada pela Comissão Avaliadora constituída 
pelos seguintes Doutores: 
 
 
Prof. Dr. Roger Josef Zemp 
(Co-Orientador, FEQ/UNICAMP) 
 
 
Prof. Dr. Adriano Pinto Mariano 
 (FEQ/UNICAMP) 
 
 
Dr. Vinícius Bohrer Lobosco Gonzaga de Oliveira 
(Suzano Papel e Celulose) 
 
 
 
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros da Comissão 
Avaliadora encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
À minha esposa Maria Helena e aos meus filhos Francisco e Rodrigo, 
 pelo incentivo permanente para a conclusão deste trabalho. 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 Ao Prof. José Vicente Hallak d’Angelo, em primeiro lugar, por sua incansável 
dedicação, paciência e amizade na orientação e no desenvolvimento deste trabalho. 
 
 A todos os meus professores das disciplinas do Curso de Mestrado que, sem dúvida, 
muito me ajudaram nesta trajetória. 
 
 A todos os colegas do Curso de Mestrado, pelo companheirismo e amizade. 
 
 À International Paper, pela oportunidade para me dedicar e realizar este trabalho a 
partir de estudos de casos em seus processos industriais e aos colegas que participaram e 
ajudaram nos desenvolvimentos. 
 
 Finalmente, quero agradecer à minha família que sempre acreditou na minha 
disposição e perseverança na busca deste ideal e incondicionalmente me apoiou, não medindo 
esforços em ajudar-me para que eu pudesse alcançar este objetivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ninguém ignora tudo. Ninguém sabe tudo. 
Todos nós sabemos alguma coisa. 
Todos nós ignoramos alguma coisa. 
Por isso aprendemos sempre. 
Paulo Freire 
 
 
 
RESUMO 
Diversos processos produtivos possuem alto grau de complexidade em relação à 
natureza de seus componentes e das interações entre eles, assim como da forma de controle 
dos parâmetros interdependentes ou não, para o alcance e manutenção de requisitos 
predefinidos para a qualidade do produto e para o próprio processo. Este trabalho foi 
motivado pela busca da compreensão das relações existentes entre determinadas variáveis 
operacionais e a produtividade de máquinas de papel, produzindo papéis brancos de imprimir 
e escrever, em processo alcalino, utilizando celulose branqueada de eucalipto e carbonato de 
cálcio precipitado como carga mineral, além de outros aditivos usualmente empregados neste 
tipo de processo. O principal objetivo desta dissertação foi analisar as principais variáveis 
operacionais de um processo industrial de produção de papel, visando identificar seus efeitos 
práticos sobre a eficiência da produção a fim de sugerir condições ótimas de operação. Foram 
avaliados os seguintes efeitos: da formação da folha e da condutividade da polpa no índice de 
quebras da máquina; utilização de sílica coloidal, em substituição a uma micropartícula 
orgânica, como agente de retenção e drenagem, no aumento do desaguamento da folha 
durante a fabricação do papel; redução do grau de refinação da polpa combinada com o 
aumento da prensagem sobre o aumento do desaguamento da folha, durante a fabricação de 
papel. Os impactos diretos e indiretos dessas variáveis foram examinados a partir de 
resultados de testes industriais e de dados do processo e de pesquisa laboratorial. A 
deterioração da formação da folha provocou aumento no número de quebras de folha na 
máquina. O aumento da condutividade da celulose implicou em importante aumento de 
quebras de folha. A reversão destes processos de perda só aconteceu com o restabelecimento 
dos valores conhecidos, quando o índice de formação da folha voltou ao nível de 67 unidades 
Kajaani, no primeiro caso estudado, e a condutividade da polpa ao patamar de 280 µS, no 
segundo estudo, fazendo com que as máquinas de papel alcançassem eficiência de tempo de 
96%. A sílica coloidal mostrou-se interessante alternativa à micro-partícula orgânica, no 
processo de retenção e drenagem analisado. A redução do grau de refinação da polpa e o 
aumento da prensagem da folha, de forma combinada, promoveram também aumento da 
drenagem da folha. Nestes dois casos de melhoria do processo, o teor de sólidos da folha, 
deixando a sessão de prensas, aumentou em 1,5 e 3,0 pontos percentuais, respectivamente, 
resultando em, pelo menos, 2% em aumento de produtividade da máquina estudada. 
Palavras-chave: máquina de papel, produtividade, formação, condutividade, desaguamento, 
quebras. 
 
 
ABSTRACT 
Several productive processes have high degree of complexity regarding the nature 
of their components and the interactions to themselves as well as the control way for the 
interdependent or not parameters, in order to achieve and sustain the predefined requirements 
related to product quality and to the process itself. This work was motivated by the 
comprehension of the existing relation between determined operational variables and the 
papermachine productivity, when producing printing and writing papers, in alkaline process, 
using eucalyptus bleached pulp and precipitated calcium carbonate as filler, besides other 
usual chemicals for this type of process. The main objective of this dissertation is to analyze 
operational variables in a printing and writing paper industrial process, with purpose of 
identifying practical effects of them on the production efficiency to suggest optimized 
operational conditions. Since this general objective, specific objectives were defined in order 
to evaluate the effects of the sheet formation as well as the pulp conductivity effects on the 
papermachine breaks index; the effects of the colloidal silica, in place of an organic 
microparticle, as retention and drainage agent, as well as the effects of pulp refining reduction 
combined with web pressing increase, on the web drainage. Direct and indirect impacts of the 
studied variables were examined since the industrial trial results as well as from the industrial 
process data. Laboratorial survey related to retention and drainage was also conducted to 
support industrial test. The sheet formation deterioration clearly provoked increase in the 
sheet breaks index. The increase noted on the pulp conductivity also increased importantly the 
sheet breaks. The reversion of these loss processes only happened with the reestablishing of 
the known values for those referred parameters which means: sheet formation back to 67 
Kajaani units, in the first studied case, and the pulp conductivity to the 280 micro Siemens, in 
the second study. So, the studied papermachines returned to the time efficiency level of 96%. 
Colloidal silica was demonstrated to be an interesting alternativeto the organic microparticle 
for the analyzed retention and drainage process. The reduction of the pulp refining combined 
with web pressing increase provided higher web drainage. In these two process improvement 
cases, the web dryness, from the press section, was respectively increased in 1,5 and 3,0 
percentage points, resulting in at least 2% increase in the studied papermachine productivity. 
The analysis conducted in this dissertation show the influence of the studied variables on the 
production performance of a papermachine as well as the benefits associated to the 
appropriated adjustment of those variables. 
Keywords: papermachine, productivity, formation, conductivity, drainage, breaks. 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1.1 Evolução da Produção Brasileira de Celulose 19 
Figura 1.2 Evolução da Produção Brasileira de Papel 19 
Figura 1.3 Balança Comercial do Setor de Celulose e Papel 19 
Figura 2.1 Desenho esquemático da transformação da madeira no processo 27 
Figura 2.2 Diagrama de Fluxo de um Processo Kraft 28 
Figura 2.3 Sistema típico de fabricação de papel 30 
Figura 2.4 Desenho esquemático da máquina de papel de imprimir e escrever 30 
Figura 2.5 Circuito de aproximação e pontos de aplicação de aditivos. 31 
Figura 2.6 Grau de refinação x Energia aplicada às fibras 32 
Figura 2.7. Resistência à tração x Grau de refinação 32 
Figura 2.8 Índice de Retenção de Água (IRA) x Energia Aplicada às Fibras 33 
Figura 2.9 “Dynamic Drainage Jar” 38 
Figura 2.10 Representação esquemática partícula coloidal em suspensão 42 
Figura 2.11 Efeito da sílica no desaguamento 43 
Figura 2.12 Efeito da sílica na remoção de água na seção de prensas 43 
Figura 2.13 Diferença entre filtração e espessamento 45 
Figura 2.14 Representação esquemárica de flutuação de retenção de sólidos 47 
Figura 2.15 Padrões de formação da folha de papel 48 
Figura 2.16 Desenho esquemático de pontes de hidrogênio entre fibras 49 
Figura 2.17 Resistência da folha úmida de polpa sulfito refinada 51 
Figura 2.18 Resistência da folha úmida - celulose em suspensão e celulose seca 51 
Figura 2.19 Resistência da folha úmida idealizada por Brecht e Erfurth 52 
Figura 2.20 Resistência da folha úmida versus seu teor de sólidos 53 
Figura 2.21 Desenho esquemático da consolidação da folha úmida de papel 55 
Figura 2.22 Desenho esquemático do fenômeno causado pela contração fibra durante 
 a secagem 55 
Figura 2.23 Fases do processo de prensagem da folha de papel 56 
Figura 2.24 Índice de retenção de água versus teor de sólidos da folha 57 
Figura 2.25 Grau de refinação da polpa e teor de sólidos da folha 58 
Figura 4.1 Formação e Resistência ao Estouro - Médias diárias 69 
Figura 4.2 Regressão linear: Formação e Resitência ao estouro 70 
 
 
Figura 4.3 Regressão linear: Formação e Resistência ao estouro (Mullen) 70 
Figura 4.4 Resistência ao estouro e Nº Quebras da folha 71 
Figura 4.5 Regressão linear: Nº Quebras e Resistência ao estouro 72 
Figura 4.6 Índice de formação e Nº Quebras da folha 72 
Figura 4.7 Regressão linear: Nº Quebras e Formação 73 
Figura 4.8 Nº de Quebras de folha em função do Mullen e da Formação 73 
Figura 4.9 Passe 3ª Prensa/1º Grupo e Nº Quebras da folha 74 
Figura 4.10 Regressão linear: Passe 3ª Prensa/1º Grupo e Nº Quebras 74 
Figura 4.11 Influência da e Relação jato/tela na formação 76 
Figura 5.1 Condutividade da celulose e Nº de Quebras – Médias mensais 80 
Figura 5.2 Regressão linear: Nº Total de quebras e Resistência ao estouro 81 
Figura 5.3 Condutividade da celulose e Eficiência total das máquinas 81 
Figura 5.4 Influência da retenção de cargas na produção de papel 84 
Figura 5.5 Influência da retenção de cargas no Nº quebras de folha 84 
Figura 5.6 Influência da retenção de cargas das perdas de CaCO3 85 
Figura 5.7 Evolução da % PCC no papel 85 
Figura 5.8 Efeito da aplicação do polímero (APAA) na retenção 86 
Figura 5.9 Efeito do aumento da retenção na sua variabilidade (COV1σ ) 86 
Figura 5.10 Efeito da retenção na drenabilidade da polpa 87 
Figura 5.11 Efeito da retenção na variabilidade da °CSF 88 
Figura 5.12 Efeito da retenção na alcalinidade na sua variabilidade (COV1σ ) 88 
Figura 6.1 Desenho esquemático de um “Gap Former” 92 
Figura 6.2 Efeitos da aplicação de sílica na retenção e drenagem 95 
Figura 6.3 Momento da interrupção da micropartícula orgânica 96 
Figura 6.4 Passe (%) entre a 3ª e 4ª prensas 97 
Figura 6.5 Consumo específico de vapor 97 
Figura 6.6 Teor de sólidos da folha na saída da 3ª prensa 98 
Figura 6.7 Grau Shopper Riegler - caixa de entrada 99 
Figura 6.8 Permeabilidade da folha à passagem de ar 99 
Figura 7.1 Efeito da prensagem na resistência ao estouro, durante redução do grau 
 de refinação 109 
Figura 7.2 Efeito da prensagem no passe entre a 3ª e 4ª prensas e na porosidade do 
 papel, durante redução do grau de refinação 110 
 
 
Figura 7.3 Influência do grau de refinação no volume específico do papel 111 
Figura 7.4 Velocidade da MP e % sólidos na saída da 3ª prensa 112 
Figura 7.5 Correlação entre velocidade da MP e % sólidos na saída da 3ª prensa 112 
Figura 7.6 Nº Quebras da MP e % sólidos na saída da 3ª prensa 113 
Figura 7.7 Correlação Nº Quebras da MP e % sólidos na saída da 3ª prensa 114 
Figura 7.8 Σ Cargas dos Nips e % sólidos na saída da 3ª prensa 114 
Figura 7.9 Correlação entre Σ Cargas dos Nips e % sólidos na saída da 3ª prensa 115 
Figura 7.10 Grau de Refinação e % sólidos na saída da 3ª prensa 115 
Figura 7.11 Correlação entre grau de refinação e % sólidos na saída da 3ª prensa 116 
Figura 7.12 Grau de refinação e Porosidade do Papel 116 
Figura 7.13 Correlação entre Grau de refinação e Porosidade do papel 117 
Figura 7.14 Teor de sólidos em função do grau de refinação e Σ cargas das prensas 117 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 1.1 Produtos do Agronegócio – Exportações x Área Plantada-2011 19 
Tabela 1.2 Impacto financeiro em função de quebras e velocidade de operação da 
 máquina de papel 21 
Tabela 3.1 Casos estudados neste trabalho e descrição de seus objetivos e variáveis 66 
Tabela 6.1 Características da máquina e processo em análise 92 
Tabela 7.1 Resumo dos resultados do teste industrial Nº1 107 
Tabela 8.1 Valores de referência das variáveis analisadas 121 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE SIGLAS 
ABTCP Associação Brasileira Técnica de Celulose e Papel 
APAA Anionic Poliacrilamide – poliacrilamida aniônica 
BET Brunauer, Emmett, Teller - método de medição de área superficial específica 
Bracelpa Associação Brasileira de Celulose e Papel 
Co Lado de comando ou de serviço da máquina de papel 
CSF Canadian Standard Freeness – drenabilidade da polpa de celulose 
DDJ Britt Dymamic Drainage Jar – equipamento de medição de retenção e 
drenagem 
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística 
MP Máquina de papel 
Nip Área de contato entre dois rolos que se opõem em pressão 
OBA Optical Brightner Agent – alvejante óptico 
OME total Eficiência global ponderada do total de máquinas consideradas 
PCC Precipitated Calcium Carbonate – carbonato de cálcio precipitado 
SR Schopper Riegler - drenabilidade da polpa de celulose 
TAPPI Technical Association of Pulp and Paper Industry 
TIP Tappi Technical Information Paper 
Tr Lado da transmissão ou do acionamento da máquina de papel 
UHLE Box Caixa de vácuo do sistema de condicionamento dos feltros úmidos 
US$ MM. Milhões de dólaresamericanos 
 
 
 
 
NOMENCLATURA 
 
% PCC Teor de carbonado de cálcio ou de carga mineral no papel (%) 
°CSF Canadian Standard Freeness – grau drenabilidade da suspensão (mL) 
°SR Schopper Riegler – grau drenabilidade da suspensão (mL) 
Alc Alcalinidade da água branca (ppm CaCO3) 
Cab Consistência da bandeja ou calha de água branca (%) 
Cc Condutividade da celulose (micro-Siemens/cm ou µS/cm) 
Cce Consistência da caixa de entrada (%) 
COVnσ Coeficiente de variação relativo a “n” desvios padrão (%) 
Cv Consumo específico de vapor da máquina de papel (kg de vapor/kg de papel) 
Ep Eficiência de produto, produto dentro das especificações/total produzido (%) 
Er Energia líquida de refinação (kWh/ton) 
Et Eficiência de tempo, tempo de produção/tempo disponível para produção (%) 
Fd Drenagem da suspensão (g água/seg) 
FSP Ponto de saturação da fibra (g de água/100g de fibras) 
IP Impulso de prensagem (MPa.seg) 
IP Relação entre a carga da prensa e a velocidade da máquina de papel (MPa.seg) 
IRA Índice de retenção de água (g de água/100g de fibras, g de água/g de fibras) 
Kajaani Index Índice de formação da folha (unidades Kajaani) 
Lpcc Perda de carbonato de cálcio para o efluente 
Mullen Resistência do papel ao estouro (lb/in2, kPa) 
OME Overall Machine Efficiency eficiência global de uma máquina: ET = Et x Ep (%) 
Passe Diferença de velocidade entre seções da máquina de papel (%) 
Pd Produção diária (t/d) 
Pe Permeabilidade Gurley ou porosidade Gurley do papel (seg/100ml) 
Ph Taxa de produção horária (t/h) 
Pm Produção mensal (t/m) 
Pv Pressão do vapor (psi) 
Quebras Quebras da folha de papel (N° quebras/dia ou Nº quebras/mês) 
RSP Retenção de Simples Passagem (%) 
RSPC Retenção de simples passagem de cinzas ou de cargas (%) 
tq Tempo de quebra (min) 
TS Teor de sólidos da suspensão ou da folha úmida (%) 
V Velocidade da máquina de papel (mpm) 
 
 
Vj Velocidade do jato (mpm) 
Vj/Vt Relação entre velocidades do jato e da tela 
Vt Velocidade da tela (mpm) 
WRV Índice de retenção de água (g de água/100g de fibras, g de água/g de fibras) 
WWS Resistência da folha úmida (N/m) 
Xm Valor médio da variável 
 
Letras gregas: 
 
σ Desvio padrão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
RESUMO ............................................................................................................................................... 08 
ABSTRACT ........................................................................................................................................... 09 
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................................ 10 
LISTA DE TABELAS ........................................................................................................................... 13 
LISTA DE SIGLAS ............................................................................................................................... 14 
NOMENCLATURA .............................................................................................................................. 15 
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 19 
1.1 Introdução ........................................................................................................................................ 19 
1.2 Objetivos .......................................................................................................................................... 22 
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO DA LITERATURA .......................... 24 
2.1 Processo kraft de produção de celulose ............................................................................................ 24 
2.1.1 Obtenção dos cavacos………………………………………………………………………………. 25 
 2.1.2 Cozimento .............................................................................................................................. 26 
 2.1.3 Ciclo de recuperação............................................................................................................ 27 
2.2 Processo de fabricação de papel....................................................................................................... 28 
2.2.1 Refinação................................................................................................................................31 
2.2.2 Zona de formação da máquina de papel................................................................................34 
2.2.3 Retenção e drenagem .............................................................................................................35 
2.2.4 Formação da folha.................................................................................................................47 
2.2.5 Resistência da folha úmida. ................................................................................................ 50 
2.2.6 Seção de prensas da máquina de papel................................................................................. 53 
2.2.7 Oportunidades e contribuição................................................................................................59 
CAPÍTULO 3. ESTUDO DE CASOS ................................................................................................... 60 
CAPÍTULO 4. ESTUDO #1 - ANÁLISE DO EFEITO DA FORMAÇÃO DA FOLHA ..................... 68 
4.1 Introdução ........................................................................................................................................ 68 
4.2 Métodos e equipamentos .................................................................................................................. 68 
4.3 Resultados ........................................................................................................................................ 69 
4.4 Conclusões ....................................................................................................................................... 76 
CAPÍTULO 5. ESTUDO #2 - ANÁLISE DO EFEITO DA CONDUTIVIDADE DA CELULOSE . 78 
5.1 Introdução ........................................................................................................................................ 78 
5.2 Métodos e equipamentos .................................................................................................................. 79 
5.3 Equações .......................................................................................................................................... 80 
5.4 Resultados ........................................................................................................................................ 80 
5.5 Conclusões ....................................................................................................................................... 89 
 
 
CAPÍTULO 6. ESTUDO #3 - ANÁLISE DO EFEITO DA SUBSTITUIÇÃO DA 
MICROPARTÍCULA ORGÂNICA POR SÍLICA COLOIDAL………………………………... 91 
6.1 Introdução ........................................................................................................................................ 91 
6.2 Métodos e equipamentos .................................................................................................................. 93 
6.3 Equações .......................................................................................................................................... 94 
6.4 Resultados ........................................................................................................................................ 94 
 6.4.1 Ensaios laboratoriais ............................................................................................................ 94 
 6.4.2 Teste industrial ......................................................................................................................95 
 6.4.3 Resultados ............................................................................................................................. 95 
6.5 Conclusões…………………………………………………………….………. ............................ 100 
CAPÍTULO 7. ESTUDO #4 - ANÁLISE DOS EFEITOS COMBINADOS DA REDUÇÃO DO 
GRAU DE REFINAÇÃO DA POLPA E DO AUMENTO DA CARGA DE PRENSAGEM ….102 
7.1 Introdução ...................................................................................................................................... 102 
7.2 Métodos e equipamentos ................................................................................................................ 103 
7.3 Resultados ...................................................................................................................................... 105 
7.3.1 Teste industrial Nº1 ............................................................................................................ 106 
7.3.2 Teste industrial Nº2 ............................................................................................................. 108 
7.3.3 Resultados de longo prazo ................................................................................................... 111 
7.4 Conclusões.................................................................................................................................... .. 118 
CAPÍTULO 8. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................ 119 
8.1 Conclusões ..................................................................................................................................... 119 
8.2 Sugestões para trabalhos futuros .................................................................................................... 122 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................................. 123 
ANEXOS..............................................................................................................................................127 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 1 - Introdução 
19 
 
Capítulo 1 - Introdução 
 
1.1 - Introdução 
O setor de produção de papel e celulose no Brasil, historicamente, tem 
demonstrado relevância dentre os diversos segmentos industriais brasileiros. Sua 
participação no produto interno bruto do país é de aproximadamente 4%, significando um 
valor da ordem de R$ 176 bilhões (IBGE-Mar./2014). As Figuras 1.1 a 1.3 e a Tabela 1.1 
evidenciam as perspectivas de crescimento registradas nos últimos dez anos. 
 
Figura 1.1 Figura 1.2 
Evolução da Produção Brasileira de Celulose. Evolução da Produção Brasileira de Papel. 
 
 Figura 1.3 
Balança Comercial do Setor de Celulose e Papel. 
Fontes: Conjuntura Bracelpa - Dados do Setor. Publicação mensal da ABTCP-Março/2014. 
Capítulo 1 - Introdução 
 
20 
 
O fabricante de papel tem como objetivos fazer produtos com a qualidade 
especificada pelo cliente e de forma eficiente, num ambiente seguro e ecologicamente 
adequado. Estas têm sido as premissas para a competitividade, no mundo globalizado. Para 
alcançá-los, de forma economicamente viável, é essencial que a máquina de papel apresente 
bom desempenho o qual é normalmente avaliado pelo número de quebras da folha que ela 
apresenta, numa base temporal (ex: quebras por dia ou por mês). Trata-se se de um 
indicador mundialmente reconhecido. 
As fábricas de papel possuem estatísticas sobre este e outros indicadores para 
analisar e avaliar seus resultados e então atuar no processo a partir de tomadas de decisões. 
Este número pode alcançar valores distintos, dependendo de fatores como: tipo de papel 
fabricado, matérias primas empregadas, máquina e equipamentos utilizados, controle do 
processo, velocidade da máquina de papel, formação e habilidade da equipe de operacional, 
etc. 
Neste trabalho foi avaliado um processo alcalino de produção de papéis brancos de 
imprimir e escrever, utilizando celulose branqueada de eucalipto e carbonato de cálcio 
precipitado como carga mineral, além de outros aditivos usualmente empregados neste tipo 
de processo. 
Neste caso, o número de quebras assume valores típicos entre 20 a 100 
quebras/mês (Metso, 2012), dependendo das condições praticadas. O tempo de 
restabelecimento da fabricação normal, após uma quebra da folha, é, obviamente, uma 
importante variável do processo. Este tempo está numa faixa típica de 10 a 20 minutos 
(Metso, 2012) e é função dos recursos disponíveis na máquina bem como de procedimentos e 
habilidade da equipe de produção para esta operação. 
A eficiência total de uma máquina de papel (OME) depende essencialmente de sua 
eficiência de tempo (Et), que indica quanto do tempo disponível para produzir foi 
efetivamente aproveitado e da eficiência em produzir produto dentro das especificações ou 
produto vendável (Ep). Assim, a eficiência total é definida pelo produto destas últimas, ou 
seja: OME = Et x Ep e uma faixa típica para tal eficiência, para uma máquina que produz papel 
nas condições citadas anteriormente, é de 90-95% (Metso, 2012). 
Tão importante quanto estes indicadores é a taxa de produção da máquina, que 
mostra quanto de papel é produzido na unidade de tempo, ex.: Ph (t/h) ou Pd (t/d). Ela 
Capítulo 1 - Introdução 
21 
 
depende, diretamente, da velocidade média que a máquina produz, além do tipo de papel 
que é fabricado e da eficiência de tempo. A velocidade poderá ser maior, para um 
determinado tipo de papel, na medida em que a resistência da folha e a estabilidade do 
processo sejam maiores. 
A motivação para este trabalho de pesquisa pode ser percebida por meio dos 
números mostrados na Tabela 1.2, considerando-se as seguintes premissas, bastante 
realistas do ponto de vista prático: Ph = 20 t/h de taxa produção da máquina de papel; tq = 15 
minutos de tempo perdido médio por quebra de folha e US$ 350,00/t de margem de 
contribuição do papel. 
 
Tabela 1.2 - Impacto financeiro em função de quebras e da 
velocidade de operação da máquina de papel. 
Variáveis Unidade Incremento Impacto Financeiro (U$MM./ano) 
Nº Quebras Quebra/dia +1 -0,6 
Velocidade mpm +10 +0,6 
 
 Além disso, não foram encontrados, em trabalhos acadêmicos e mesmo na 
literatura especializada, estudos específicos sobre as análises aqui propostas que 
considerem a fabricação de papéis de imprimir e escrever, em processo alcalino, utilizando-
se apenas fibra de eucalipto (fibra curta). Assim, este estudo pretende dar uma contribuição 
como uma referência comprovada do ambiente produtivo acima descrito. 
Ressalta-se, aqui, o pioneirismo brasileiro na fabricação de papéis de imprimir e 
escrever, com a utilização apenas de celulose de eucalipto como fonte de matéria fibrosa. 
Este fato culminou numa tradição tecnológica que tem sido aperfeiçoada ao longo das 
últimas décadas e, ainda, inalcançada por outros países fabricantes de papéis de imprimir e 
escrever. 
A combinação da produtividade florestal e do processo de fabricação de celulose e 
papel, com fibra branqueada de eucalipto, tem se mostrado uma receita competitiva de 
negócio. Em vista disso, o Brasil tem passado por forte expansão na produção de celulose 
branqueada de eucalipto, desde a década passada e é hoje o maior produtor e exportador 
Capítulo 1 - Introdução 
 
22 
 
mundial desta fibra. O Brasil ocupa a 4ª posição no ranking mundial de produtores de 
celulose e a 9ª posição no ranking mundial de produtores de papel, conforme dados da 
Bracelpa (2012). 
Como grande parte desta fibra é utilizada para a fabricação de papel em diferentes 
partes do mundo, entende-se que as análises deste trabalho poderão ter uma contribuição 
importante. Situações de perda de eficiência total em uma máquina de papel, em razão de 
ocorrência do número excessivo de quebras da folha não são raras. Normalmente, requerem 
mobilizaçãode uma equipe multifuncional e de trabalho intenso para investigação da real 
causa do problema bem como a proposição e implantação de ações para sua mitigação. 
Trata-se de um grande problema de curto prazo para uma fábrica de papel porque, 
além de gerar a inerente perda de eficiência, gera perdas associadas como a maior produção 
de papel rejeitado, o maior consumo de insumos, potencial de reclamações de clientes, 
trocas eventuais de fabricação ou de programação de produção, etc.. Especialmente para 
esta dissertação, foram escolhidas situações registradas em um processo industrial, num 
contexto de perda de eficiência da máquina de papel em razão de um número de quebras 
relativamente elevado. 
Considerando então a contextualização deste trabalho de pesquisa, são 
apresentados a seguir os objetivos: principal e específicos, deste trabalho. 
 
1.2 - Objetivos 
 
Este trabalho de pesquisa tem como objetivo principal analisar as variáveis 
operacionais de um processo industrial de produção de papel, visando analisar sua influência 
sobre a eficiência da produção, identificando os efeitos práticos dessas variáveis, de forma a 
sugerir condições otimizadas de operação. 
Para alcançar este objetivo principal foram traçados os seguintes objetivos 
específicos: 
• avaliar os efeitos da formação da folha no índice de quebras da máquina; 
• avaliar os efeitos da condutividade da celulose no índice de quebras da máquina; 
• avaliar os efeitos da utilização de sílica coloidal, como agente de retenção e drenagem, no 
aumento do desaguamento da folha durante a fabricação do papel; 
Capítulo 1 - Introdução 
23 
 
• avaliar os efeitos da redução do grau de refinação da polpa, combinada com o aumento 
da de prensagem sobre o aumento do desaguamento da folha durante a fabricação de 
papel. 
 
Nessa análise, em busca de melhorias do processo, serão considerados dois 
processos de investigação de causa e resolução de problemas de perda de eficiência e dois 
projetos de melhoria contínua para aumento de produtividade. Este estudo se justifica por 
proporcionar informações técnicas traduzidas em procedimentos e ações, a partir de seus 
resultados, que contribuem para a estabilidade do processo de fabricação de papel e 
melhoria na produtividade, evitando perdas ou gerando ganhos de expressivo valor 
econômico. 
Esta dissertação de mestrado está estruturada de forma que, no Capítulo 2 
apresenta-se a fundamentação teórica envolvendo conceitos que suportam o 
desenvolvimento deste trabalho de pesquisa, além de sua contribuição para o setor de 
fabricação de papel, com base na revisão da literatura. No Capítulo 3, os quatro estudos de 
casos propostos são detalhadamente descritos, para que, então, cada uma das análises 
desenvolvidas seja mostrada em um capítulo específico (4 a 7), com ênfase para os 
resultados obtidos. No Capítulo 8 são apresentadas, respectivamente, as conclusões do 
trabalho e as recomendações para trabalhos futuros. 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
24 
 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
2.1 - Processo Kraft de Produção de Celulose 
 
Os temas desenvolvidos neste trabalho estão associados ao processo de fabricação 
de papel que utiliza apenas fibra de eucalipto branqueada como fonte de matéria prima 
celulósica. Por isso, será feita a seguir uma breve abordagem sobre o processo de obtenção 
da polpa de celulose, denominado Kraft ou ao Sulfato, que é utilizado em larga escala em 
todo o mundo e especialmente no Brasil, para a produção da polpa celulósica de eucalipto, a 
fim de que se tenha uma melhor compreensão das análises propostas. 
Primeiramente, é importante lembrar que a madeira é composta, essencialmente, 
por três componentes: celulose ou alfa celulose, hemicelulose e lignina. O processo de 
polpação consiste em extrair a lignina, através de sua solubilização no licor de reação, 
deixando as fibras livres e flexíveis. As fibras são constituídas de pequenos filamentos 
denominados de micro-fibrilas, que por sua vez são constituídas por alfa celulose, estando 
envolvidas pela hemicelulose, tendo a lignina como o cimento que as une e as mantêm 
rígidas na madeira. A lignina é uma resina que será utilizada como combustível para 
produção de vapor, no ciclo de recuperação dos reagentes químicos do processo Kraft, na 
caldeira de recuperação. 
O processo Kraft (Casey, 1981), juntamente com o processo soda, são os processos 
alcalinos utilizados, em escala industrial, na fabricação de celulose, diferentemente do 
processo sulfito que se caracteriza pelo emprego do ácido sulfuroso na etapa de cozimento 
ou de digestão dos cavacos da madeira. Descoberto em 1879, pelo químico alemão Carl F. 
Dahl, que observou que, quando na reposição das perdas de álcali no processo soda era 
usado sulfato de sódio em vez de carbonato de sódio, o resultado era uma polpa com fibras 
muito mais resistentes. 
Foi verificado que durante a incineração do licor utilizado ou licor negro, para 
recuperação dos reagentes, os íons sulfato eram reduzidos a íons sulfeto, de forma que o os 
agentes ativos da reação fossem na realidade a soda e o sulfeto de sódio e não o sulfato, 
como imaginado inicialmente. O processo Kraft mostrou-se superior ao processo soda com 
relação à qualidade da polpa produzida, ao rendimento do processo e, consequentemente, 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
25 
 
aos custos de fabricação. A presença do enxofre, na forma de sulfeto, proporcionou 
enormes benefícios ao processo alcalino de cozimento promovendo a maior rapidez na 
solubilização da lignina enquanto a taxa de ataque a carboidrato (celulose e hemicelulose) se 
manteve inalterada. Em outras palavras, o sulfeto preservava mais a fibra durante as reações 
químicas que ocorrem no processo de cozimento, fazendo-a mais resistente enquanto 
aumentava o rendimento do processo. Por isso tornou-se rapidamente o processo 
mundialmente mais utilizado já a partir dos anos 1940’s, impulsionado pela invenção da 
caldeira de recuperação, no início dos anos 1930’s, por G.H Tomlinson, equipamento que foi 
o divisor de águas para a disseminação do processo Kraft. 
Naturalmente apresentou também muitas vantagens sobre o processo sulfito, 
dentre elas a flexibilidade de poder ser utilizado para qualquer espécie de madeira, menor 
tempo de cozimento, excelente resistência da polpa, ciclo de recuperação do licor negro 
muito bem estabelecido, etc. A seguir, serão descritas as principais etapas do processo Kraft 
de polpação. 
 
 
2.1.1 – Obtenção dos cavacos 
 
Toras de madeira oriundas do campo ou da floresta chegam à fábrica de celulose, 
descascadas ou não e são armazenadas em pilhas. No processo, alimentam um equipamento 
descascador de toras chamado de tambor descascador que, em movimento rotativo 
contínuo, promove o descascamento da madeira, devido ao movimento das toras no seu 
interior e o contato entre elas. Durante esta operação, água é aspergida sobre as toras para 
uma lavagem inicial visando, especialmente, a eliminação de areia a elas aderida, vinda do 
campo. A casca é separada para queima e produção de vapor/energia, ao alimentar uma 
caldeira de biomassa. Imediatamente, a madeira descascada passa por um picador de facas 
rotativas que, transforma a tora em cavacos ou pequenos pedaços de madeira, com forma 
aproximadamente regular e tamanho que proporciona mobilidade e área superficial 
adequada para as reações químicas de cozimento da madeira que ocorrerão do interior do 
reator ou digestor. O cozimento poderá ser feito em um digestor em batelada ou em um 
digestor contínuo. 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
26 
 
2.1.2 – Cozimento 
 
Os cavacos que normalmente são impregnados com vapor em um estágio prévio, a 
fim de que sejam aquecidos e ar de seu interior possaser expelido, alimentarão o digestor 
juntamente com o licor branco (solução aquosa de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio), 
licor preto fraco (licor reciclado de um ponto do digestor) e condensado de processo. A 
primeira fase do processo de cozimento é denominada de impregnação, quando o licor de 
cozimento penetra na estrutura capilar dos cavacos, na chamada zona de impregnação, que 
ocorre a temperaturas abaixo de 100 °C, dando início a reações químicas entre os 
reagentes e a madeira, que se desenvolvem a baixas temperaturas. No cozimento contínuo, 
40-60% do consumo de licor de cozimento se dá na fase de impregnação. 
O cozimento dos cavacos acontece a temperaturas na faixa de 160 a 180 °C, 
alcançadas com a utilização de vapor direto ou indireto e pressão de 9 a 12 kgf/cm2. Ar e 
gases não condensáveis são continuamente aliviados do reator, através de uma válvula de 
controle de pressão no topo do digestor. A remoção de lignina da madeira, no processo de 
cozimento, pode chegar a 90%, quando da obtenção de polpas que serão branqueadas. As 
reações químicas que ocorrem no processo são complexas e não totalmente conhecidas. 
Durante um cozimento Kraft típico, para a produção de polpa branqueada, 
aproximadamente 80% da lignina, 50% das hemiceluloses e 10% da celulose são 
dissolvidos (Smook, 1934). O rendimento deste processo está na faixa de 50 a 60 %, 
significando que de cada tonelada de madeira produz-se 500 a 600 kg de polpa seca. 
Completado o processo de digestão, a polpa e o licor negro são descarregados em 
um tanque de expansão ou de baixa pressão (“blow tank”). Cavacos que, eventualmente, 
não foram cozidos (nós), ficam retidos em uma peneira e geralmente são reciclados ao 
digestor. O vapor de expansão (“flash”) passa por trocadores de calor, para aquecimento de 
água a ser utilizada no processo de lavagem da polpa. A polpa cozida é enviada para a etapa 
de lavagem, onde o resíduo de licor negro é separado das fibras, com o mínimo de diluição. 
Esta operação, denominada lavagem da polpa marrom, é geralmente desenvolvida através 
de filtros rotativos a vácuo, dispostos em série. Estes cilindros filtrantes operam em 
contracorrente e promovem o deslocamento do resíduo de licor negro que ainda impregna 
as fibras. Equipamentos difusores podem ser alternativos para os referidos filtros. 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
27 
 
Imediatamente após a etapa de lavagem, a polpa marrom poderá ser branqueada ou, então, 
depurada para seu uso final na produção de papeis marrom (papeis Kraft). A Figura 2.1 
mostra, esquematicamente, a transformação da madeira no processo Kraft. 
 
Figura 2.1 – Desenho esquemático da transformação da madeira no processo. 
(Tran e Vakillainnen, www.tappi.org/content/events/08kros/manuscripts/1-1.pdf.) 
 
2.1.3 - Ciclo de recuperação 
 A recuperação de reagentes químicos e da energia do licor negro bem como a 
reconstituição daqueles reagentes para formar novamente o licor branco de cozimento é 
feita na unidade de recuperação que envolve os seguintes sistemas: evaporação, caldeira de 
recuperação e planta de caustificação (Smook, 1934). 
 O licor negro fraco (~15% em massa de sólidos), produzido na fase de lavagem 
da polpa marrom, é processado conforme as etapas abaixo: 
1- Concentração, através um sistema de evaporadores de múltiplos efeitos e 
adição de agentes químicos, para a faixa de 60 a 75 % de sólidos; 
2- Incineração do licor preto concentrado (combustível) na caldeira de 
recuperação para a formação de uma massa inorgânica fundida, além da geração de vapor 
para o processo; 
3- Dissolução do fundido inorgânico em água para formar o licor verde; 
4- Caustificação do licor verde com cal requeimada, para formar o licor branco, 
para o próximo ciclo de cozimento. 
Uma importante função da caldeira de recuperação é de reduzir quimicamente os 
compostos de enxofre oxidados contidos no fundido da caldeira, novamente à forma de 
http://www.tappi.org/content/events/08kros/manuscripts/1-1.pdf
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
28 
 
sulfeto. O controle da atividade do licor verde é essencial para a correta operação no ciclo de 
licor. A meta é um compromisso entre dois fatores, pois a alta concentração do licor 
aumenta a quantidade disponível dos componentes da soda, facilitando a operação e 
capacidade para superar eventuais interrupções. Por outro lado, concentrações menores de 
licor verde melhoram a eficiência do processo de caustificação, assegurando que menor 
quantidade de carbonato de sódio, não reativo, seja arrastada no ciclo. A Figura 2.2 mostra 
um diagrama de fluxo de um processo Kraft. 
 
 
 
Figura 2.2 - Diagrama de Fluxo de um Processo Kraft. 
 (Tran e Vakillainnen, www.tappi.org/content/events/08kros/manuscripts/1-1.pdf.) 
 
 
2.2 - Processo de Fabricação de Papel 
 
A fabricação de papel é um processo complexo que envolve muitas etapas e 
diferentes tipos de papel, com diferentes propriedades. Papel com largura de até 10 m é 
fabricado, numa base contínua, em máquinas de papel que chegam a 150 m de 
comprimento. Máquinas modernas que produzem papel de baixa gramatura alcançam 
velocidades de 2000 m/min. (Pikulik, 2011). 
http://www.tappi.org/content/events/08kros/manuscripts/1-1.pdf
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
29 
 
 Numa forma geral, o processo se desenvolve a partir das operações de preparação 
de massa, que se inicia com a preparação de uma suspensão aquosa de fibras de celulose, a 
matéria prima principal, passando por um tratamento físico, denominado de refinação e 
que torna as fibras mais flexíveis, e também por aditivação química, quando as fibras 
recebem diferentes aditivos tais como: carga mineral (ex.: carbonato de cálcio, caulim, 
gesso, dióxido de titânio) amido, agentes de retenção e drenagem, alvejante óptico, 
microbicidas, anti-espumante, etc., que vão conferir determinadas propriedades ao papel e 
ao processo, com o propósito de fazer com que a fibras estejam apropriadas para a 
produção de papel. 
Em seguida, esta suspensão é introduzida na máquina de papel para a formação de 
uma folha de papel úmida e com baixa resistência, que será prensada para a remoção do 
excesso de água e sua consolidação. Ela será então imediatamente secada por evaporação 
para eliminação de quase toda a água remanescente, unindo ainda mais as fibras entre si. 
Finalmente, o papel produzido é calandrado para uniformização de sua espessura e 
alisamento. Aditivos tais como: amido e químicos auxiliares são aplicados numa seção 
intermediária do processo de secagem do papel, operação esta denominada de colagem 
superficial, para aumentar sua uniformidade e resistência superficial. O papel produzido 
continuamente é enrolado ainda na máquina de papel, que na sequência será segmentado 
para a forma de bobinas que serão convertidas para folhas em resmas ou enviadas 
diretamente para os clientes. 
A máquina de papel é, essencialmente, uma máquina desaguadora, pois o processo 
exige grande diluição da suspensão para que a uniformidade da folha de papel seja 
garantida, porém em circuitos cada vez mais fechados. Desta forma, o desaguamento ou a 
drenagem durante o processo é sempre uma preocupação. As ilustrações apresentadas nas 
Figuras 2.3 e 2.4 procuram representar o processo descrito. 
 
 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
30 
 
 
Figura 2.3 – Sistema típico de fabricação de papel. (Gess, 1998) 
 
 
 
Figura 2.4 - Desenho esquemático da máquina de papel de imprimir e escrever. 
 
A adição de químicos se dá em função do processo utilizado, dos produtos 
fabricados e também das peculiaridades de cada circuito ou de cada sistema de produção. O 
ponto de aplicação de cada aditivo é definido em funçãoda natureza do processo assim 
como daquilo que se espera do aditivo e do caráter iônico de cada químico. A representação 
típica ou convencional de aplicação de químicos para um processo alcalino de produção de 
papeis de imprimir e escrever é apresentada na Figura 2.5. 
 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
31 
 
Figura 2.5 - Circuito de aproximação e pontos de aplicação de aditivos(Norell et al., 2010) 
 
A seguir, serão revistos tópicos do processo de produção de papel com maior 
relevância para o propósito deste estudo. 
 
2.2.1 - Refinação 
 
Consiste num tratamento mecânico imposto à suspensão fibrosa (polpa), com o 
auxílio de um refinador de discos, com lâminas rotativas, a fim de tornar as fibras mais 
flexíveis e com maior área específica, requisitos muito importantes no processo de formação 
da folha de papel. Esta operação apresenta efeitos importantes no processo de 
desaguamento e secagem da folha na máquina de papel, como também nas propriedades do 
papel produzido (Clark, 1978). É uma operação de alta demanda de energia elétrica e de 
natureza exotérmica. 
A fibra é constituída por camadas fibrilares e as fibrilas, por sua vez, por 
macromoléculas de celulose. O termo hidratação significa a penetração de moléculas de 
água entre as moléculas de celulose. Neste processo há o rompimento de pontes de 
hidrogênio existentes entre moléculas de celulose que são substituídas por pontes de 
hidrogênio entre água e moléculas de celulose (Giertz, 1993). Este fenômeno, juntamente 
com a penetração de água “não ligada” no interior da parede celular, promove o efeito de 
inchamento das fibras, tendo como principal consequência o aumento da flexibilidade das 
fibras. A fibra mais flexível ou refinada é um requisito do processo, para a formação 
uniforme ou homogênea da folha de papel e para o desenvolvimento de suas resistências. 
Caixa de 
Entrada
Tela Linha Úmida
Água Branca
Tanque da 
Máquina
Depurador
Centrilimpador
Caixa de Nível
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
32 
 
Em contrapartida, como o fenômeno está associado ao aumento da superfície 
específica da fibra, há efeitos indesejáveis na drenabilidade da fibra, no consumo de vapor 
para secagem e na estabilidade dimensional do papel produzido. Portanto, o processo de 
refinação é controlado através da medição do grau de refinação, o qual nada mais é que a 
medição do grau de drenabilidade das fibras ou da facilidade com que as fibras libertam a 
água que está alojada entre elas. Variáveis do processo, tais como: tipo de fibra, processo de 
obtenção da polpa, pH de refinação da suspensão, temperatura, consistência; desenho do 
disco de refinador, dentre outras, influenciam o processo de refinação (Clark, 1978). 
Nesta etapa há, naturalmente, alto consumo de energia bruta, da ordem de 100 a 
250 kWh/t fibra (Giertz, 1993). A Figura 2.6 ilustra o efeito da aplicação de energia de 
refinação no grau de refinação das fibras ou na drenabilidade da polpa. A prática usualmente 
utilizada pelo operador de máquinas de papel, no processo de refinação da polpa, tem sido 
invariavelmente a de explorar os seus efeitos no desenvolvimento de resistência da folha de 
papel, principalmente, para “garantia” de bom andamento de máquina de papel. A Figura 
2.7 mostra o efeito típico da refinação da polpa na resistência do papel. Entretanto, muitos 
efeitos indesejáveis, seguramente, vão aparecer e limitar esta operação, na medida em que 
é ela gradualmente intensificada. 
 
 
Figura 2.6 Figura 2.7 
Grau de refinação x Energia aplicada às fibras. Resistência à tração x Grau de refinação. 
(Lumiainen, 1998) (Lumiainen, 1998) 
 
Além do grau de refinação, outra variável de grande relevância para a avaliação da 
drenabilidade das fibras no processo de produção do papel é o índice de retenção de água 
(IRA) da polpa ou “Water Retention Value” ou “Water Resistance Value” (WRV), que mede a 
quantidade de água retida ainda pela fibra, quando submetida a um processo de 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
33 
 
centrifugação. A Figura 2.8 mostra o efeito da refinação (energia líquida ou energia aplicada 
às fibras) no desaguamento forçado da fibra – WRV. 
 
Figura 2.8 - Índice de Retenção de Água (IRA) x Energia Aplicada às Fibras (Lumiainen, 1998). 
 
No caso específico da utilização de fibra de eucalipto, é muito importante salientar 
fatores como o número de fibras por grama e o comprimento médio das fibras apresentados 
pela espécie, da ordem de 16 a 18 milhões de fibras/g e de 0,8 a 1,0 mm, respectivamente 
(Giertz, 1993). São as principais características desta fibra e que a diferencia muito das outras 
fibras oriundas das madeiras folhosas, que alcançam valores predominantemente inferiores 
a 10 milhões de fibras/g e comprimento entre 1,0 e 1,2 mm (Giertz, 1993). Estas grandezas 
estão associadas à enorme superfície específica destas fibras, já mesmo antes da refinação. 
Tendo-se em conta que a refinação promove, além da fibrilação interna e externa, o 
corte de fibras e geração de finos ou fragmentos de fibras, entende-se que a refinação 
intensa da fibra de eucalipto inevitavelmente causará perda, relativamente muito maior, da 
capacidade de liberação de água pelas fibras e, consequentemente, grandes restrições ao 
desaguamento, nas diferentes seções da máquina de papel, uma vez que a resultante da 
superfície específica das fibras será ainda muito maior, significando grande capacidade de 
retenção de água. 
Portanto, as premissas teóricas descritas são muito valiosas para suportar uma das 
propostas desta dissertação que, na direção oposta ao modo trivial, recomenda redução do 
grau de refinação das fibras de eucalipto, porém, combinando esta medida com o aumento 
da prensagem, como forma de recuperar ou compensar parte importante de eventual perda 
de resistência da folha de papel, com a redução da refinação. Especificamente no item sobre 
a Seção de Prensas, na sequência, será abordado o fenômeno de consolidação da folha, 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
34 
 
quando as fibras se aproximam, ao longo da espessura da folha (eixo Z), pelo efeito da 
compressão mecânica e expulsão de água, desenvolvendo ligações entre si que culminam 
em aumento de resistência da folha. O modelo proposto é muito desafiador, do ponto de 
vista operacional, principalmente em razão da prática usualmente adotada. 
 
2.2.2 - Zona de formação da máquina de papel 
 
Seção onde a folha de papel é formada sobre uma tela ou entre duas telas plásticas 
e, também é a seção onde ocorre o desaguamento da maior parte da água da suspensão 
injetada na caixa de entrada, ou seja, de aproximadamente 97,5 % da água lançada, com 
consistência típica na faixa de 0,5 a 1,0%, de maneira controlada para que a qualidade do 
papel seja alcançada e a produtividade garantida. 
O desaguamento acontece hidrostaticamente na sua fase inicial forçado com o 
auxílio de aplicação de vácuo sob regiões das telas. O teor de sólidos da folha, deixando esta 
seção, está entre 18 e 24 %. Sob as telas estão instalados diversos elementos desaguadores 
constituídos, geralmente, por lâminas cerâmicas ou plásticas posicionadas transversalmente 
sob a(s) tela(s), com perfil de um folio (“foil”), que imprimem um movimento ondulatório, 
longitudinal, à tela, que é transferido à suspensão que está sendo desaguada. Este 
movimento, denominado de “atividade”, acontece na fase de formação folha propriamente 
dita, de forma controlada. Gera cisalhamento entre fibras prevenindo a floculação entre elas 
ou até destruindo flocos formados. Este mecanismo é o principal responsável pela garantia 
da formação ou uniformidade da folha de papel. 
Cabe dizer que a diluição da suspensão ou consistência com a qual eladeixa a caixa 
de entrada tem papel importantíssimo na homogeneidade da folha a ser alcançada. Quanto 
menor a consistência, menor será a probabilidade de formação de flocos durante a 
construção ou estruturação da folha. Portanto, minimizar a consistência da caixa de entrada 
é a medida clássica e primária para que a folha de papel seja bem formada ou que possua 
uma distribuição uniforme de fibras. Garantida a formação adequada ou requerida, o 
desaguamento nesta seção da máquina de papel é forçado até a aplicação de vácuo intenso, 
no seu final. 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
35 
 
A formação ou homogeneidade da folha, como já mencionado, é de fundamental 
importância para o uso final do papel de imprimir e escrever. A presença de flocos ou 
aglomerados de fibras revela-se como áreas de alta densidade de fibras, contrastando com 
zonas de baixa densidade na sua vizinhança, caracterizam assim um grau de 
heterogeneidade na distribuição das fibras. Este contraste é, por exemplo, revelado quando 
a tinta de impressão cobre a superfície do papel como deficiência de qualidade do papel. 
Além disso, a natureza da formação influencia também as propriedades de resistência da 
folha, pois áreas de menor densidade de fibras também são áreas de menor resistência da 
folha. Portanto, numa situação limite, este fenômeno poderá ter efeitos no andamento ou 
na produtividade da máquina de papel. 
Os sólidos não retidos na folha acompanham a água drenada, que é denominada 
água branca e cuja maior parte (~85%) é recirculada no próprio circuito de aproximação, 
para a diluição da massa grossa, na sucção da bomba de mistura. A sobra desta água branca, 
que é de aproximadamente 15% de seu total, é enviada para um filtro de discos, a vácuo, 
para recuperação dos sólidos nela contidos, que fecham o circuito quando são enviados ao 
tanque de mistura. 
A maioria das forças de cisalhamento anteriormente citadas são geradas na peneira 
pressurizada, caixa de entrada e, principalmente, na zona de formação, provocando perda 
de retenção de partículas finas, durante esta etapa que passa por um processo de filtração 
da folha. 
 
2.2.3 - Retenção e Drenagem 
 
2.2.3.1 - Retenção 
 
A composição do papel combina materiais de origem biológica, sintética e 
inorgânica. Seus principais componentes são as fibras de celulose e os finos (pequenos 
segmentos de fibras), cargas inorgânicas (minerais) e orgânicas, polímeros naturais e 
sintéticos (para obtenção de colagem, retenção e resistências da folha de papel). A retenção 
de cada um dos seus componentes será crítica para as propriedades e qualidade da folha de 
papel, assim como para o atendimento de requisitos ambientais e de custos. 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
36 
 
Na fabricação de papel, a retenção indica a quantidade de um determinado 
componente no produto final em relação à quantidade deste mesmo componente num 
estágio anterior do processo. É entendida como a quantidade de todos os materiais, 
suspensos e dissolvidos, os quais permanecem como componentes da folha de papel final 
em relação à quantidade presente em alguma etapa anterior do processo de produção (Gess, 
1998). 
Trata-se de um dos mais importantes parâmetros de operação e controle da parte 
úmida do processo de fabricação de papel. Retenções específicas podem ser definidas, 
dependendo de qual material está sendo retido e onde está sendo medido. 
 
a) Retenção de Simples Passagem 
 
O subcomitê do Comitê de Aditivos de Fabricação de Papel da TAPPI (“Technical 
Association of the Pulp and Paper Industry”- EUA) definiu a Retenção de Simples Passagem 
ou de Simples Passo (RSP) como simplesmente a razão da diferença entre as consistências da 
caixa de entrada e da bandeja de água branca drenada, e da consistência da caixa de 
entrada. Matematicamente, a retenção de simples passagem é calculada por: 
 
 RSP = 100 . (Cce – Cab)/ Cce (2.1) 
 
RSP: Retenção de Simples Passagem 
Cce: Consistência da caixa de entrada 
Cab: Consistência da bandeja ou calha de água branca 
 
Analogamente, a retenção de simples passagem de um determinado componente 
da suspensão que alimenta a máquina de papel pode ser calculada simplesmente se 
determinando as frações deste componente na suspensão da caixa de entrada e da bandeja 
de água branca. Assim, a retenção de simples passagem de cinzas RSPC, que também é 
muito utilizada na indústria de fabricação de papel, é calculada a partir da determinação das 
frações de cinzas nas consistências da caixa de entrada e da bandeja de água branca, com a 
utilização de fórmula semelhante. Entretanto, deve se levar em conta de que o valor de 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
37 
 
retenção de simples passagem dá uma ideia do que está acontecendo na máquina de papel. 
Ela é, na realidade, uma aproximação, através de um cálculo simplificado e rápido, da 
retenção real e seu valor poderá levar erros nas conclusões se, por exemplo, a consistência 
na bandeja de água branca medida não for representativa da água branca da máquina. 
Outro cuidado deve-se ter ao comparar valores de retenção de diferentes máquinas que, por 
razões tecnológicas, utilizam níveis significativamente diferentes das consistências da caixa 
de entrada. 
 
b) Retenção Real 
A retenção de simples passagem refere-se à eficiência do extremo úmido da 
máquina de papel enquanto a retenção real diz respeito à eficiência da máquina de papel 
como um todo. A retenção real é definida como a fração ou porcentagem da quantidade de 
material que é retido na folha de papel produzida. A TAPPI define retenção real como a 
razão entre a massa que deixa a sessão de formação ou massa que alimenta a sessão de 
prensas sobre a massa de sólidos alimentada. 
 
c) Mecanismos de retenção 
A retenção dos diferentes componentes da massa na folha de papel produzida está 
associada a mecanismos de natureza química, mecânica ou combinação dos dois 
mecanismos. Enquanto os materiais dissolvidos na suspensão são retidos por adsorção ou 
através da formação de ligações químicas aos sólidos suspensos, estes últimos são retidos 
mediante um processo de filtração durante o processo de formação da folha úmida de 
papel. Tal processo ocorrerá independentemente de forças de atração ou de repulsão entre 
as partículas. 
Pelo fato de possuírem tamanho relativamente pequeno, as partículas que 
compõem a fração de finos da massa (cargas minerais e finos de celulose) são difíceis de 
serem retidas na estrutura da folha em formação. Por isso, uma quantidade muito maior 
destas finas partículas atravessaria a malha da tela formadora e seriam incorporadas à água 
branca drenada nesta fase de formação da folha, caso agentes auxiliares de retenção não 
fossem adicionados ao processo para aumentar a retenção coloidal daquelas partículas. Os 
auxiliares de retenção são agentes químicos com superfície ativa que fazem com que as 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
38 
 
partículas finas formem flocos ou aglomerados entre si ou através de sua adsorção à 
superfície das fibras da suspensão, desenvolvendo assim, maior retenção por meio químico 
e mecânico. 
Estudos e investigações sobre retenção e drenagem em máquinas de papel são 
conduzidos, inicialmente, em laboratório, com a utilização de um equipamento denominado 
“Britt Dynamic Drainage Jar” – DDJ, desenvolvido no início dos anos 1970, por Britt e 
Unbehend, com o objetivo de simular as condições encontradas numa máquina de papel. O 
sistema determina a tendência relativa da fração de finos da massa de atravessar uma tela 
(malha de 200 mesh) juntamente com o fluido ou de permanecer na fase sólida. O resultado 
é reportado comoretenção da fração de finos em determinadas condições de turbulência do 
sistema, selecionadas com objetivo de aproximá-las daquelas predominantes na máquina de 
papel em estudo. A Figura 2.9 ilustra o instrumento DDJ. 
 
 
Figura 2.9 – “Britt Dynamic Drainage Jar Tester” (Hubbe, www4.ncsu.edu/~hubbe/new). 
 
 c) Retenção de Finos 
A retenção de partículas finas ou de finos depende de fatores mecânicos e 
químicos. Do ponto de vista de variáveis mecânicas podemos citar variáveis como: o 
Agitador
Suporte
“Jar” c/
Suspensão
Fibrosa
Tela
Pinça 
Becker
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
39 
 
tamanho das partículas a serem retidas; os poros da folha úmida em formação; a geometria 
da tela sobre a qual a folha de papel é formada; a velocidade ou taxa na qual a folha é 
formada; a gramatura ou peso do papel a ser produzido; a maneira ou intensidade com as 
quais a suspensão fibrosa está sendo drenada. 
A química exerce, igualmente, importante papel na retenção das partículas finas 
contidas na suspensão que alimentará a máquina de papel. Através dela, pode-se, por 
exemplo, aumentar o tamanho das partículas a serem retidas, através de um processo de 
floculação, gerando macro-partículas ou flocos, constituídos de fibras, finos de celulose e 
carga mineral. Agentes químicos podem, também, mudar a carga iônica de parte dos sólidos 
da suspensão ou das partículas finas, fazendo com que elas sejam, então, ancoradas às 
partículas maiores, através de um mecanismo de aglomeração ou coagulação. Por outro 
lado, tais agentes podem, também, reduzir o tamanho dos poros da folha que está sendo 
formada e como consequência, a taxa de drenagem da suspensão. O uso inadequado de 
polímeros de alta massa molar, como agente de retenção, pode causar sobrefloculação e, 
consequentemente, a formação menos uniforme da folha, com poros maiores. 
Contrariamente, a utilização de polímeros aniônicos pode promover folhas com flocos 
menores e com melhor formação ou uniformidade. 
 
d) Retenção em pH Alcalino 
 
O princípio do mecanismo da ação de agentes químicos na retenção de partículas 
finas passa por um processo inicial ou primário de coagulação, aglomeração ou de 
aproximação destas partículas, formando um floco, porém pouco resistente ao cisalhamento 
que está presente em elevada intensidade no processo hidráulico de fabricação de papel. 
Esta primeira etapa acontece, normalmente, com agentes catiônicos com alta densidade de 
carga elétrica. A resistência do floco ao cisalhamento é alcançada com o mecanismo de 
floculação onde, normalmente, um polímero de alta massa molar e densidade de carga 
elétrica positiva ou negativa, é empregado para formar um floco resistente e com potencial 
para ancorá-lo na fibra. Tais processos acontecem pela desestabilização das partículas finas, 
através de alteração de suas cargas elétricas. 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
40 
 
No processo alcalino, o próprio pH alcalino implica em resistência à drenagem e 
dificuldades maiores na retenção. Polímeros catiônicos e aniônicos são utilizados. O melhor 
desempenho de polímeros aniônicos em processo alcalino está, também, associado ao 
maior estiramento do polímero aniônico em presença de íons hidroxila (repulsão de grupos 
com mesma carga elétrica na cadeia), da mesma forma que acontece com o polímero 
catiônico no meio ácido, ou seja, na presença de íons H+. 
Outro aspecto relevante é que, no processo alcalino, as fibras de celulose e, 
portanto suas fibrilas estão mais estiradas devido à maior de densidade de carga elétrica 
negativa na fibra, provocada pelo aumento de pH e então, com maior superfície disponível 
para o desenvolvimento de interligações entre fibras, desenvolvendo uma folha com maior 
resistência. Por outro lado, este mesmo fenômeno concorre, também, para o prejuízo da 
drenagem. Um programa mínimo para retenção e drenagem para um processo alcalino faz 
uso de um agente coagulante catiônico de baixa massa molar, seguido de um agente 
floculante aniônico, de alta massa molar. Este último é, normalmente, adicionado ao 
processo em um ponto onde o cisalhamento já está muito reduzido, com o propósito de 
preservação do floco formado, também chamado de “hard floc”(Hagemeyer, 1992) 
caracterizado por sua alta resistência à turbulência ou ao cisalhamento, proporcionando 
altos níveis de retenção, porém, quando exposto a um processo de redispersão, o floco 
resultante de uma re-floculação desenvolverá retenção muito menor. 
As características destes eletrólitos (massa molar, densidade de carga elétrica, 
natureza química) bem como suas concentrações e pontos de aplicação terão efeitos 
positivos para o objetivo a ser alcançado, mas, também, podem trazer algumas 
consequências indesejáveis, como exemplo algum prejuízo na formação da folha de papel 
produzido, em razão formação de flocos necessária para a retenção dos finos na folha 
formada, além da dificuldade da drenagem imposta pelo pH alcalino e que é agravada pela 
necessidade de minimização do tamanho dos flocos formados. 
 
e) O efeito da condutividade 
O arraste elevado de eletrólitos e sua concentração na água da suspensão fibrosa, 
provenientes da planta de fabricação de celulose em uma fábrica integrada, poderá implicar 
na supressão de cargas iônicas da superfície da fibra e das cargas minerais (Gess, 1998). Isso 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
41 
 
ocorre, geralmente, quando algum distúrbio é registrado na planta de celulose que acarreta 
em uma lavagem relativamente pobre das fibras, favorecendo a presença de eletrólitos no 
fluxo de suspensão que vai alimentar a fábrica de papel. Nesta situação, coloides poderão 
também ter sua concentração aumentada no referido fluxo. Além disso, as moléculas de 
polímeros e amidos modificados presentes no extremo úmido do processo de fabricação de 
papel, sofrerão, também, tal tipo de interação ou neutralização. No processo alcalino de 
fabricação de papel, em especial, este fenômeno caracteriza-se, principalmente em 
situações de fechamento de circuito ou na utilização de matéria-prima fibrosa reciclada 
(Gess, 1998). 
Estes fatores contribuem para a elevação da condutividade do sistema, ou seja, 
aumenta a concentração de eletrólitos ou íons dissolvidos no fluido da suspensão. O 
aumento da condutividade do sistema, medido na água branca do processo, indica sério 
potencial de significante perda de eficiência dos agentes de retenção de cargas e finos e, 
consequentemente, da retenção propriamente dita. Os polímeros aniônicos de cadeia longa, 
que são normalmente utilizados no referido processo tem suas cargas elétricas negativas 
parcialmente neutralizadas e com isso, perdem sua eficiência para promover a retenção de 
partículas finas, além de perderem o estiramento natural de sua cadeia, provocado pela 
repulsão entre as cargas elétricas negativas vizinhas. Esta perda de estiramento irá provocar 
algum grau de enrolamento de sua cadeia, o que é indesejável para o processo, pois 
contribuirá para o aumento excessivo do tamanho dos flocos formados com o auxilio do 
polímero com prejuízo para a formação ou uniformidade do papel. Situação análoga 
também poderá ocorrer, por exemplo, com as cargas positivas do amido catiônico, 
usualmente, utilizado. Serão, parcialmente, neutralizadas, com consequente perda de 
eficiência do amido no processo de retenção. A Figura 2.5, mostra pontos mais comuns de 
adição de produtos químicos no circuito de aproximação. 
 
2.2.3.2 - Utilização de Sílica Coloidal como Micro-Partícula 
 
Além da utilização de polímeros catiônico e aniônico, a adição de um terceiro 
componente, denominado de micro-partícula pode ser também uma opção num programa 
de retenção e drenagem. Esta possui como principais características o tamanho muito 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisãoda Literatura 
 
42 
 
pequeno, elevada área superficial e é altamente carregada com carga elétrica negativa. Com 
este programa é possível aplicar o polímero de alta massa molar em um ponto anterior ao 
depurador principal do circuito de aproximação, equipamento este que por ser rotativo, 
promoverá cisalhamento ao floco construído previamente, quebrando-o parcialmente, 
porém não o destruindo completamente. Imediatamente após, a micro-partícula é aplicada 
para promover a refloculação das partículas cisalhadas, numa forma mais ordenada 
produzindo os chamados micro flocos ou “soft flocs”. Esta é a característica deste tipo de 
floco (Hagemeyer, 1992), que quando exposto ao cisalhamento ou turbulência, num ciclo de 
redispersão ele se refloculará no mesmo nível da floculação inicial. 
O resultado é um floco menor e mais uniforme, que será ainda retido e também um 
importante aumento na liberação da água alojada no corpo da suspensão fibrosa para ser 
drenada durante a formação da folha de papel. A presença da micro-partícula no sistema 
significa maior taxa de desaguamento ou de drenagem da suspensão, além de melhoria na 
formação da folha de papel. Dentre as micro-partículas, comercialmente disponíveis, a sílica 
coloidal é a mais utilizada em processos de fabricação de papel. Os mecanismos propostos 
para o sistema que utiliza sílica coloidal é muito menos entendido que o do sistema 
tradicional ou que usam dois polímeros (“dual”), já citado. 
A maioria dos mecanismos sugeridos para um sistema de retenção que utiliza a 
sílica coloidal baseia-se na interação entre partículas coloidais e a desestabilização destas 
partículas (coagulação). Têm origem na teoria da dupla camada elétrica de partículas 
coloidais suspensas em solução (Figura 2.10). 
 
Figura 2.10 - Representação esquemática partícula coloidal em suspensão (Gess, 1998). 
 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
43 
 
Existem várias referências na literatura indicando que a sílica coloidal trabalha em 
sinergia com o amido catiônico adicionado previamente no processo, comprimindo a 
camada elétrica dupla, das partículas de amido. Moberg (1991) teoriza que a sílica coloidal é 
fisicamente pequena o suficiente para entrar na estrutura amorfa do amido catiônico em 
solução neutralizando completamente sua carga positiva. Isto resultaria no colapso da dupla 
camada elétrica de íons sílica/amido, formando flocos pequenos e mais densos. A 
consequência para a máquina de papel será um alto nível de retenção e excelente 
desaguamento ou drenagem da polpa. Portanto, é evidente que a presença do amido 
catiônico é fundamental e mandatória para o trabalho da sílica no sistema de retenção. Em 
resumo, a aplicação de sílica coloidal como componente de um programa de retenção e 
drenagem significa desenvolver um balanço muito mais efetivo entre a retenção das 
partículas finas a drenagem e a formação uniforme da folha. As Figuras 2.11 e 2.12 mostram 
os efeitos da sílica na remoção de água na formação e prensagem da folha úmida. 
 
 
Figura 2.11 Figura 2.12 
Efeito da sílica no desaguamento. Efeito da sílica na remoção de água na 
seção de prensas. 
(Moberg e Nilsson, 1991) 
 
 
2.2.3.3 - Drenagem na Máquina de Papel 
 
O processo de remoção de água no extremo úmido de uma máquina de papel tem 
sido estudado mais que qualquer outra área da fabricação de papel. Isto tem acontecido 
provavelmente porque a estrutura do papel e a velocidade na qual ele é fabricado estão 
diretamente relacionadas à remoção de água bem como com a complexidade dos 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
44 
 
equipamentos e das técnicas utilizadas. Os estudos conduzidos estão calcados nas 
correlações físico-químicas entre água e fibras, que podem ser utilizadas para se alterar a 
taxa de remoção de água, assim como nos materiais utilizados como auxiliares de drenagem, 
no extremo úmido da máquina de papel. A remoção de água pode ser pensada para uma 
máquina de papel Fourdrinier, máquina que possui apenas uma tela formadora e, portanto, 
a drenagem ocorre apenas numa direção, acontecendo em quatro zonas de desaguamento 
distintas (Hagemeyer, 1992): 
1) Zona de formação: compreendida desde o ponto de aterrissagem do jato de 
suspensão fibrosa, que deixa o lábio da caixa de entrada, sobre a tela formadora até o ponto 
imediatamente antes da primeira caixa de sucção ou de alto vácuo, como conhecida. 
2) Zona de vácuo: tem início na primeira caixa de alto vácuo até o ponto em que 
a folha úmida deixa o rolo de sucção da tela. 
3) Seção de Prensas: inclui todos os nips das prensas instaladas. 
4) Seção de secagem: inclui todos os elementos aquecidos, principalmente os 
cilindros secadores. 
A drenagem de água da suspensão fibrosa pode acontecer por dois mecanismos 
diferentes que acontecem simultaneamente, quando a suspensão alcança a tela, para a 
formação da folha de papel. Estes mecanismos são: filtração ou espessamento. 
A filtração ocorre quando as fibras e os finos contidos na suspensão encontram-se 
livres para se moverem independentemente. Existe uma interface ou fronteira nítida entre a 
suspensão diluída e a manta ou folha úmida que está sendo formada, quando o material 
sólido é separado da fase líquida, durante a drenagem sobre a tela. A concentração da parte 
não drenada permanece constante. 
O espessamento acontece quando as fibras em suspensão formam uma rede ou 
uma trama coesa, em virtude de sua imobilização ou ancoragem. A estrutura atua como uma 
rede compressível que colapsa durante a drenagem. Aqui, não há uma interface definida na 
suspensão e a água é removida de todas as partes da rede, a uma mesma taxa, conforme a 
compactação prossegue. A conclusão, a partir da estrutura do papel, é que a filtração é o 
mecanismo predominante. Portanto, os principais estudos de desaguamento e formação da 
folha, especialmente voltados para caracterização de fibras celulósicas, fazem uso das 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
45 
 
teorias da filtração presentes na literatura. A Figura 2.13 representa cada um dos 
mecanismos de desaguamento citados. 
Figura 
2.13 – Diferença entre filtração e espessamento (Smook, 1992). 
 
Estas teorias são também aplicáveis aos estudos de desaguamento em máquinas 
de papel porém, levando-se em conta a diferença de ordem da resistência à filtração 
quando folhas são formadas em equipamentos laboratoriais (formadores de folhas de mão) 
e a resistência à filtração durante a formação da folha na máquina de papel. Além da 
importância dos mecanismos da remoção de água durante a consolidação da folha de papel, 
é fundamental ter ciência de interações entre a água e fibra/superfície da celulose e a 
parede da fibra. A celulose é ávida por água devido ao grande número de pontes de 
hidrogênio que se formam entre as moléculas polares da água e o número elevado de 
grupos hidroxilas presentes na superfície da fibra de celulose. A água está associada à fibra 
em três diferentes maneiras, segundo Giertz (1993): 
1) Água Livre: água que está praticamente desimpedida para fluir através dos interstícios e 
capilares da folha úmida, quando esta está sob a ação da gravidade ou de pressão hidráulica 
durante sua formação. 
2) Água Ligada ou Embebida: água que está muito próxima da superfície das fibras e 
firmemente presa por pontes de hidrogênio. 
3) Água de Constituição: água que faz parte da estrutura química ou cristalina da fibra. 
 
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica e Revisão da Literatura 
 
46 
 
Não são definidas interfaces claras entre estes diferentes tipos de água presentes 
em uma suspensão fibrosa. A divisão entre a água ligada ou embebida e a de constituição é 
geralmente entendida como que a primeira se libera à pressão de vapor nula, ou seja, a 100 
°C. A divisão entre a água embebida e a água livre é, usualmente, aceita