A INTENSIDADE DO REFINO

DESIGN PARA MANUFATURA

A Revolução da Ultra Baixa Intensidade

A refinação de papel evoluiu do corte bruto das fibras para um tratamento de "massagem" estrutural. A tecnologia NANOAX® UB - UBI (Baixa Intensidade e Ultra-Baixa Intensidade) redefine os limites da resistência mecânica, permitindo que fibras curtas de eucalipto substituam fibras longas, reduzindo custos e energia. Para que nossa equipe de engenharia possa criar a proposta técnica e o design de liga perfeitos para o seu processo, basta escolher as imagens que mais refletem a sua realidade operacional.

Desafios Operacionais da Refinação BI - UBI

A transição para intensidades ultrabaixas entrega resultados excepcionais na fibra, mas exige precisão cirúrgica no controle do processo devido ao colchão de fibras ser extremamente fino e delicado.

CUSTO DE GUARNIÇÃO (TACKLE)

Barras muito finas sofrem alto estresse mecânico. É vital utilizar conjuntos de discos refinadores (guarnições) fundidos com ligas metalúrgicas nobres para evitar fraturas por fadiga.

ESTABILIDADE DE CONCISTÊNCIA

Para garantir a proteção da fibra, o controle de processo a montante deve ser rigoroso, mantendo erros de consistência da polpa inferiores a ±0.1%.

RESTRIÇÃO HIDRÁULICA

A utilização de discos com micro-barras estreitas diminui os canais de fluxo aberto, o que pode atuar como um gargalo, limitando a vazão máxima de produção.

RISCO DE CLASHING (CHOQUE)

A proximidade extrema dos discos (gap) aumenta o risco de contato metal-metal. O uso de sistemas e sensores de vibração de alta resposta é obrigatório.

NANOAX®
Ultra Baixa Intensidade

ENERGIA SEL (UBI)
< 0,3 J/m

ECONOMIA DE ENERGIA
15-30%

REDUÇÃO DE FINOS
-40%

O Espectro de Intensidade

A Carga Específica de Borda (SEL) define quão severo é cada impacto sofrido pela fibra. Enquanto a refinação de Pinus utiliza alta energia para romper paredes celulares espessas, a UBI opera em uma faixa extremamente suave, protegendo a integridade do eucalipto.

Pinus Convencional: 2,0 - 4,0 J/m

Eucalipto Convencional: 0,6 - 1,0 J/m

Ultra Baixa Intensidade: 0,3 J/m

Relação Tração x Rasgo

A tecnologia UBI permite quebrar o paradigma clássico da refinação onde o ganho do índice de tração implicava necessariamente em uma perda severa da resistência ao rasgo.

Tração Convencional

Tração Ultra Baixa Intensidade

Potencial de Furnish (Mix de Fibras)

Substituição típica de fibra longa (Pinus) por fibra curta (Eucalipto) na receita da máquina de papel após a adoção da tecnologia NANOAX UBI. Atingir o limite do "Potencial de Furnish" significa conseguir substituir a maior porcentagem possível de fibra longa cara por fibra curta mais barata na receita final, mantendo o papel dentro das exigências de qualidade.

Fibra Curta (Eucalipto)

Antes (convencional): 70%

Fibra Longa (Pinus)

Antes (convencional): 30%

Fibra Curta (Eucalipto)

Depois (UBI): 92%

Fibra Longa (Pinus)

Depois (UBI): 8%

Distribuição Estatística de Impactos

Visualização da distribuição de energia por impacto. Na UBI, temos uma massa densa de impactos de baixa energia, garantindo que nenhuma fibra sofra uma carga acima do seu ponto de ruptura crítico.

Convencional

Tecnologia NANOAX UBI

Impacto Morfológico na Fibra

Visualização comparativa entre o tratamento convencional (corte/finos) e o tratamento UBI (fibrilação/inchaço).

A transição da refinação convencional para a Ultra Baixa Intensidade (UBI) exige uma mudança drástica não apenas nos parâmetros de processo, mas no "coração" mecânico do equipamento: os discos refinadores (guarnições ou tackles).

Tribologia da Fibrilação Versus Fratura

Quando um floco de fibra é preso entre as barras cruzadas de um rotor e um estator, ele experimenta uma sequência de forças complexas: forças normais que esmagam a fibra radialmente, forças de cisalhamento que rolam e torcem a fibra tangencialmente, e forças de canto à medida em que as bordas dianteiras das barras atingem o floco. Em configurações de alta intensidade, as forças de canto dominam, agindo como uma guilhotina que corta a fibra perpendicularmente ao seu eixo.

O refino de baixa intensidade altera fundamentalmente essa interação tribológica. Ao reduzir a severidade de cada impacto individual, o mecanismo dominante muda de fratura transversal para compressão longitudinal cíclica. Essa compressão repetida e suave faz com que as camadas S1 e S2 da parede celular secundária se delaminem internamente, fazendo com que a fibra absorva água e se torne altamente flexível (fibrilação interna).

Simultaneamente, a fricção contra as superfícies da barra e fibras adjacentes remove microfibrilas do exterior da fibra, aumentando dramaticamente a área de superfície específica disponível para a ligação de hidrogênio (fibrilação externa).

Comparações em laboratório usando moinhos PFI — Papirindustriens Forskningsinstitutt — que são dispositivos de refino inerentemente de baixa intensidade e alta energia, demonstram que essa ação suave produz reduções menores na drenagem (freeness) e, ao mesmo tempo, resulta em resistências à tração significativamente maiores, confirmando que a fibrilação interna é o principal fator de aumento da resistência sem o custo do encurtamento das fibras.

Fundamentos Para Ultra Baixa Intensidade

- CONTEÚDO TÉCNICO PROMETALS OTIMIZADO PARA O MERCADO BRASILEIRO -

Fundamentos de Design e Metalurgia

Para alcançar níveis de Carga Específica de Borda (SEL) inferiores a 0.3 J/m sem comprometer a capacidade do motor do refinador de transferir potência, a física dita que o Comprimento da Borda de Corte (CEL - Cutting Edge Length) deve ser massivamente aumentado.

Isso resultou no desenvolvimento dos discos de micro-barras:

Geometria Extrema: Enquanto discos convencionais para fibra curta possuem barras de 2.0 mm a 2.5 mm de largura, os discos UBI utilizam barras extremamente finas, variando de 1.0 mm a 1.5 mm.
Densidade de Arestas: A largura das ranhuras (grooves) também é reduzida para acomodar o dobro ou o triplo de barras por segmento, maximizando a probabilidade de a fibra receber impactos ultra suaves.
Exigência Metalúrgica: Barras finas são extremamente suscetíveis à fadiga mecânica e à fratura (quebra de dentes). Portanto, os discos UBI exigem ligas metálicas nobres (aços inoxidáveis martensíticos especiais de alta dureza ou ligas fundidas com tratamentos térmicos específicos) para garantir resistência ao desgaste abrasivo e tenacidade contra impactos.

Protocolos de Instalação nos Refinadores

A instalação de discos UBI não tolera os mesmos desvios aceitáveis na refinação convencional. O "colchão" (pad) de fibras em UBI é até 40% mais fino, operando com gaps (distância entre o estator e o rotor) muito reduzidos.

Alinhamento e Paralelismo

Tolerância Zero: O paralelismo entre o disco do rotor e o estator deve ser verificado com relógios comparadores com precisão centesimal. Um desvio de paralelismo que antes causava apenas desgaste irregular em discos convencionais, causará o toque instantâneo (clashing) metal-metal em discos UBI.
Balanceamento do Rotor: O conjunto rotativo do refinador deve passar por balanceamento dinâmico rigoroso para evitar qualquer excentricidade durante a operação.

Zero de Referência (Tramming)

A calibração mecânica ou eletrônica do "Ponto Zero" (momento em que os discos se tocam levemente sem polpa) deve ser feita com extremo cuidado e frequência maior após a instalação, compensando o desgaste inicial de "amaciamento" das arestas cortantes.

Fatores Críticos de Sucesso (FCS) na Operação

A vida útil dos discos UBI e o sucesso da tecnologia dependem estritamente da estabilidade do processo a montante.

Controle de Consistência Rigoroso: O erro de consistência da polpa alimentada não deve exceder ±0.1%. Quedas súbitas de consistência afinam repentinamente o colchão de fibras, levando ao choque destrutivo dos discos.
Estabilidade de Pressão e Vazão: O uso de bombas de alimentação com inversores de frequência bem sintonizados (malha PID rápida) e controle de pressão de recalque é obrigatório. Bolhas de ar ou cavitação são fatais para discos de micro-barras.
Monitoramento de Vibração (Anti-Clash): Sensores de vibração de alta frequência devem estar instalados na carcaça do refinador, intertravados ao sistema de recuo do eixo. Ao menor sinal de contato metal-metal, o refinador deve abrir o gap em milissegundos.
Proteção contra Contaminantes: Sistemas de depuração de alta eficiência (cleaners) e separadores magnéticos (junk traps) devem estar em perfeitas condições. A passagem de areia, grampos ou pedaços de metal quebra facilmente as micro-barras.

Benefícios Econômicos e Retorno sobre o Investimento (ROI)

Apesar dos discos UBI custarem, em média, 20% a 40% a mais que guarnições convencionais e exigirem controles mais finos, o payback (retorno) é consideravelmente rápido devido à escala da fábrica de papel:

Otimização do Mix de Fibras (Furnish Savings)

O ganho exponencial em propriedades de Tração e a preservação do Rasgo (Tear) permitem a substituição direta de fibras longas caras (Pinus) por fibras curtas locais (Eucalipto).

Exemplo: Reduzir 10% da fibra longa na receita de uma máquina de papel de grande porte pode gerar economias de milhões de dólares anualmente, pagando o custo anual de todos os discos em poucas semanas.

Redução do Consumo Específico de Energia

Ao tratar a fibra eficientemente (fibrilação sem corte), a energia mecânica não é desperdiçada criando "poeira" (finos). O grau Schopper-Riegler (°SR) alvo é atingido mais rápido.

Impacto: Economia documentada de 15% a 30% no consumo de energia elétrica (kWh/ton) na planta de refinação.

Aumento da Velocidade da Máquina (Runnability)

Menos finos primários gerados pelos discos UBI resultam em uma polpa mais "livre" (melhor drenabilidade).

Impacto: A água é extraída mais facilmente na mesa formadora e nas prensas, permitindo economizar vapor na secagem ou aumentar a velocidade da máquina, gerando toneladas extras de papel por dia.

Conclusão

A adoção de guarnições de discos UBI representa o estado da arte na engenharia da refinação de celulose. Embora as exigências de paralelismo, metalurgia e estabilidade de processo sejam severas, os discos de micro-barras destravam o verdadeiro potencial morfológico das fibras de madeira (hardwood/eucalipto). A tecnologia não deve ser vista como um simples componente de desgaste, mas como um investimento estratégico que viabiliza redução agressiva de custos operacionais e elevação da qualidade do produto final.