Carga Marginal (SEL-MEL) e Superficial (SSL)
O Papel Histórico na Evolução dos Cálculos
Originalmente conceitualizado por Wultsch e Flucher em 1958, e posteriormente formalizado para aplicação industrial por Brecht e Siewert em 1966, o SEL (Specific Edge Load — Carga Específica de Borda), postula que a intensidade de refino é a razão entre a energia efetivamente aplicada e o comprimento total das bordas das barras que se cruzam por unidade de tempo.
O conceito da SSL (Specific Surface Load — Carga Específica de Superfície) foi introduzido em 1990 pelo pesquisador finlandês Jorma Lumiainen. Ele argumenta que o impacto e a fricção não se limitam à borda de ataque; a energia mecânica e hidráulica é dissipada e transferida para as fibras ao longo de toda a largura da superfície da barra.
Esse conceito abriu caminho para o desenvolvimento do MEL (Modified Edge Load — Carga Marginal Modificada), criado em 1994 pelos pesquisadores F. P. Meltzer e R. Rautenbach; Luminiainen introduziu a importância da largura da barra e, posteriormente, Meltzer e Rautenbach aprimoraram essa visão adicionando a largura da ranhura e o ângulo de interseção. Foi o grande divisor de águas que obrigou a engenharia de processo a olhar para a microgeometria da guarnição refinadora, e não apenas para a potência aplicada.
Carga Marginal Específica de Borda ou Aresta (J/m)
A intensidade dita a severidade do impacto que cada fibra experimenta durante seu tempo de residência na zona de refino. Se a intensidade for elevada demais em relação a resistência à ruptura inerente da fibra, há um risco crítico de corte excessivo da fibra em vez da desejada fibrilação superficial. O cálculo da intensidade de refino é tipicamente avaliado usando a equação SEL expressa como uma função de potência, velocidade e área refinadora.
Representa a potência de refino líquida em quilowatts (a potência total do motor menos a potência em vazio necessária para girar o disco no fluido sem realizar trabalho nas fibras).
Taxa de Corte ( 
) representa o CEL (Comprimento da Borda de Corte) ou BEL (Comprimento da Borda da Barra) em Km/s multiplicado pela velocidade de rotação em segundos (RPM/60 ou RPS).
) representa o CEL (Comprimento da Borda de Corte) ou BEL (Comprimento da Borda da Barra) em Km/s multiplicado pela velocidade de rotação em segundos (RPM/60 ou RPS).
Número total de barras no rotor.
Número total de barras no estator.
O comprimento radial da barra.
SEL = (kJ/s) / (km/rev × rev/s) = (kJ/s) / (km/s) = kJ/km = J/m
A unidade resultante é expressa em Watt-segundos por metro (Ws/m) ou Joules por metro (J/m). Gerenciar essa intensidade requer micro-geometria precisa e uma compreensão de como as micro-características influenciam a métrica final de quilowatts-hora por tonelada (kWh/ton).
A unidade resultante é expressa em Watt-segundos por metro (Ws/m) ou Joules por metro (J/m). Gerenciar essa intensidade requer micro-geometria precisa e uma compreensão de como as micro-características influenciam a métrica final de quilowatts-hora por tonelada (kWh/ton).
Carga Específica de Superfície (J/m²)
A teoria SSL - ou Intensidade Específica - postula que a energia de refino é dissipada não apenas nas bordas das barras (arestas cortantes), mas também através do atrito e compressão à medida que o floco de fibra desliza sobre as superfícies planas das barras (fibrilação). É calculada dividindo o SEL pelo Comprimento de Impacto (IL ou Fator de Largura da Barra).
O fator de comprimento de impacto ou largura da barra.
A largura das barras do rotor.
A largura das barras do estator.
Ângulo médio de interseção da área refinadora.
Onde IL descreve o comprimento geométrico da interação entre as barras do rotor e do estator, sendo uma função da largura e do ângulo de interseção destas. Para barras paralelas ou ângulos pequenos, IL se aproxima da largura (W).
Carga Marginal Modificada (J/m)
Enquanto o SEL ignora as dimensões físicas críticas dos equipamentos, o MEL contorna essa limitação metodológica expandindo a equação empiricamente para incorporar a microgeometria exata dos discos refinadores. Introduz três variáveis fundamentais: a largura da barra para definir a área real de contato com a polpa; para contabilizar a capacidade hidráulica e o tempo de residência das fibras, introduz a largura da ranhura (canal hídrofibroso) e, para traduzir a cinética e a velocidade de cruzamento das barras, o ângulo de interseção.
É o Specific Edge Load tradicional (J/m).
É a largura da barra do disco refinador.
É a largura da ranhura (canal hídrico-fibroso).
É o ângulo de interseção (ou ângulo de corte).
Apesar do avanço, a comunidade científica (como evidenciado por estudos de Kerekes, Roux e Liu) aponta que o MEL ainda é um modelo incompleto.
Vantagens
Melhor Preditibilidade Geométrica: Permite comparar guarnições (discos) diferentes de forma muito mais precisa que o SEL. Se uma fábrica decide trocar um disco com barras de 3mm por um com barras de 1.5mm, o SEL indicará a mesma intensidade, enquanto o MEL apontará (corretamente) um aumento substancial na severidade do tratamento.
Correlação com o Corte de Fibras: Pesquisadores como J.C. Roux demonstraram que o MEL é um previsor superior para o desenvolvimento de graus Schopper Riegler (°SR) e, principalmente, para a cinética de corte de fibras em cenários com parâmetros angulares variados.
Limitações
Limitação Empírica: A derivação da correção angular é parcialmente empírica e carece de uma base puramente física e mecanística (diferente da Força Normal Líquida, por exemplo).
Variáveis Ausentes: Assim como o SEL, o MEL falha em capturar a influência da consistência da polpa, da profundidade da ranhura (que afeta o volume de retenção) e das propriedades reológicas da própria fibra.
O Problema do Ângulo Constante: Em refinadores industriais modernos, os discos refinadores frequentemente possuem ângulos de barra complexos que variam ao longo do raio, o que dificulta o uso de um único "ângulo médio" na equação.
Simulador Dinâmico
SEL - SSL - MEL
Carga Específica de Borda ou Aresta (J/m)
Carga Marginal Modificada (J/m)
Golpes fortes na aresta cortam a fibra.
Se você quer saber a probabilidade de CORTAR a fibra (reduzir o comprimento, ideal para papelão ou papel de imprimir que precisa de uniformidade), você observa a Carga Marginal (SEL/MEL).
Fricção na superfície hidrata e flexibiliza a fibra.
Se você quer saber a probabilidade de FIBRILAR a fibra (esmagar para criar fibrilas que ajudam as fibras a se colarem, ideal para papéis Kraft ou Tissue), você observa a Carga de Superfície (SSL).
Como este simulador foca em equipamentos de alta capacidade, ele possui um seletor de "Tipo de Fibra". A zona de "Equilíbrio Otimizado", de acordo com a matéria-prima selecionada, é ajustada dinamicamente.
Carga SEL
-- J/m
Calculando...
SSL (Superfície)
--
J/m²
MEL (Modificada)
--
J/m
Potência Líquida
--
kW
Avaliar a Intensidade Real de Refinação
Este gráfico projeta como o MEL atual se comportaria se você trocasse o disco por um com lâminas mais finas ou mais largas - mantendo o SEL, a ranhura e o ângulo constantes.
Parâmetros Operacionais
Curva de Sensibilidade: Efeito da Largura da Barra (Wb)
Intensidade Modificada (MEL)
0.00
Fator Geométrico (Preenchimento): 0.00x
Fator Angular (Cinética): 0.00x