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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
CAMPUS ALTO PARAOPEBA
PROJETOS E INSTALAÇÕES DA INDÚSTRIA QUÍMICA
PAPEL E CELULOSE
Trabalho desenvolvido para fins acadêmicos de desenvolvimento e implementação de indústria química no ramo de Papel e Celulose, com orientação do docente Fabiano Luiz Naves.
Ouro Branco
Dezembro de 2021
SUMÁRIO
1. Introdução
2. Contexto histórico
3. Objetivo
4. Implantação florestal
4.1. Reconhecimento da área
4.2. Levantamento topográfico
4.3. Mapeamento da área
4.4. Mapeamento da vegetação
4.5. Reservas permanentes e locais
4.6. Escolha da espécie
4.7. Estradas, aceiros e tolhamento
5. Localização
5.1. Escolha estratégica
5.2. Eucalipto e localização
6. Tipo de eucalipto
6.1. Revisão bibliográfica
6.1.1. Eucalyptus grandis
6.1.2. Eucalyptus urophylla
7. Capacidade produtiva
8. Normas legais
8.1. EIA – Estudo de Impacto Ambiental
8.2. RIMA – Relatório de Impacto Ambiental
8.3. Licenciamento Ambiental
8.3.1. Licença Prévia
8.3.2. Licença de Instalação
8.3.3. Licença de Operação
8.4. Lei de Outorga para uso Hídricos
8.5. Lei da Emissão de Carbono
9. Produção
9.1. Formação de celulose
9.1.1. Celulose de fibra longa
9.1.2. Celulose de fibra curta
10. Fluxograma
11. Dimensionamento de equipamentos e locais
11.1. Pátio da Madeira
11.2. Descascador
11.3. Picador
11.4. Estocagem
11.5. Parâmetros
11.6. Cozimento
11.7. Equipamentos
11.7.1. Caldeiras
11.7.1.1. Sistema de Ar
11.7.1.2. Sistema de Combustão
11.7.1.3. Sistema de Vapor d’água
11.7.1.4. Sistema de licor negro e cinzas
11.7.1.5. Sistema de óleo ou gás natural
11.7.1.6. Sistema de Licor Verde
11.7.1.7. Sistema de Equipamentos Auxiliares
11.7.2. Calcinadores
11.7.2.1. Forno de Cal
11.7.3. Lavagem da Polpa Marrom
11.7.3.1. Variáveis do Processo
11.7.4. Recuperação Química
11.7.5. Evaporação
11.7.6. Caustificação
11.7.7. Deslignificação
11.7.7.1. Equipamentos
11.7.8. Lavagem de Polpa
11.7.8.1. Lavagem de Polpa de Celulose
11.7.8.2. Equipamentos para Lavagem da Poupa
11.7.8.2.1. Difusores
11.7.8.2.2. Filtros Lavadores
11.7.8.2.3. Prensas
11.7.8.2.4. DDW
11.7.8.3. Processos onde são utilizados equipamentos de lavagem
11.7.8.3.1. Processo de Cozimento
11.7.8.3.2. Lavagem e Pré-Branqueamento
11.7.8.3.3. Branqueamento
11.7.9. Braqueamento
11.7.9.1. Variações de Combinação de Branqueamento
11.7.9.2. Mecanismos de Branqueamento
11.7.9.3. Equipamentos importantes
11.7.9.4. Tendências Atuais do Branqueamento
11.7.10. Extração – Secagem da Polpa
11.7.10.1. Conteúdo de Umidade da Folha
11.7.10.2. Ciclo Completo de Secagem
11.7.10.3. Deslocamento da Umidade Dentro da Folha
11.7.10.4. Processos de Secagem
11.7.10.4.1. Secagem Multicilindros
11.7.10.4.2. Transferência de Calor
11.7.10.4.3. Transferência de Massa
11.7.10.4.3.1. Ventilação dos Bolsões
11.7.10.4.3.2. Coifas
11.7.10.5. Telas Secadoras: características e condicionamento
11.7.10.5.1. Histórico de Telas Secadoras
11.7.10.5.2. Função da Tela Secadora
11.7.10.5.3. Tipos de Telas Secadoras
11.7.10.5.4. Limpeza das Telas Secadoras
11.7.10.6. Cinética da Secagem
11.7.10.7. Equipamentos
12. Tratamento de Água
12.1. Equipamentos da ETA
13. Efeito da Manutenção Adequada dos Equipamentos
14. Demanda Energética
14.1. Principais equipamentos consumidores de energia
14.2. Indicadores Energéticos
14.3. Consumo Energético
14.4. Demanda Energética do Branqueamento
15. Transporte
16. Transporte em Tubulações
16.1. Identificação das Correntes
16.2. Material e Diâmetro dos Tubos
16.3. Isolantes dos Tubos
16.4. Suporte dos Tubos
17. Análise de Qualidade
17.1. Normas ISSO
17.2. Papel da Qualidade no Processo de Produção de Papel e Celulose
17.2.1. Qualidade e sua Importância
17.2.2. Qualidade na Indústria de Papel e Celulose
17.2.3. Ferramentas de Qualidade
17.2.3.1. Fluxograma
17.2.3.2. Cartas de Controle
17.2.3.3. Diagrama de Pareto
17.2.3.4. Histograma
17.2.3.5. Diagrama de Causa e Efeito
17.2.3.6. Diagrama de Dispersão
17.3. Controle Etapas de Produção de Papel e Celulose
17.3.1. Pátio da Madeira
17.3.1.1. Descascamento
17.3.1.2. Picagem
17.3.1.3. Classificação
17.3.1.4. Estocagem da Madeira
17.3.2. Cozimento
17.3.3. Tratamento de Água
17.3.4. Lavagem da Polpa Marrom
17.3.5. Evaporação Stripping
17.3.6. Caldeira de Recuperação
17.3.7. Caustificação do Licor Verde
17.3.8. Caustificação da lama de Cal
17.3.9. Oxidação do Licor Branco
17.3.9.1. Oxidação pelo óxido de manganês
17.3.9.2. Processo MOXY
17.3.9.3. Oxidação por Tratamento Eletroquímico
17.3.10. Deslignificação
17.3.11. Secagem da Polpa
17.4. Indicadores de Performance
17.4.1. Consumo Específico de Madeira – CMAD
17.4.2. Sólidos Secos Gerados no Cozimento – TSS
17.4.3. Sólidos Secos Queimados na Caldeira – SSQ
17.4.4. Consumo Específico de Cloro Ativo – CECAT
17.4.5. Produção Específica da Máquina de Secagem
17.5. Ferramentas que Ajudam no Controle de Qualidade
17.5.1. Kaisen
17.5.2. DMAIC
17.5.3. PDCA
17.5.3.1. Gestão de Projetos
17.5.3.2. Melhoria de Resultados
17.5.4. Ferramentas da Qualidade na Gestão de Projetos
18. Análise de Segurança Operacional
18.1. Equipamento de Proteção Coletiva (EPC) e Individual (EPI)
18.1.1 EPI para Proteção da Cabeça
18.1.1.1. Capacete
18.1.1.2. Capuz ou Balaclava
18.1.2. EPI para Proteção dos Olhos e Face
18.1.2.1. Óculos
18.1.2.2. Protetor Facial
18.1.3. EPI para Proteção Auditiva
18.1.3.1. Protetor Auditivo
18.1.4. EPI para Proteção Respiratória
18.1.5. EPI para Proteção do Tronco
18.1.5.1. Vestimentas
18.1.6. EPI para Proteção dos Membros Superiores
18.1.6.1. Luvas
18.1.6.2. Creme Protetor
18.1.6.3. Manga
18.1.6.3.1. Braçadeiras
18.1.7. EPI para Proteção dos Membros Inferiores
18.1.7.1. Calçado
18.1.7.2. Meia
18.1.7.3. Perneira
18.1.7.4. Calça
18.1.8. EPI para Proteção do Corpo Inteiro
18.1.8.1. Macação
18.1.8.2. Vestimenta de Corpo Inteiro
18.2. Placas de Sinalização de Segurança do Trabalho
18.3. Extintores de Incêndio
18.4. Sistema de Alarma
18.5. Escadas e Saídas de Emergência
18.6. Segurança Industrial na Legislação Brasileira
18.7. Lava-Olhos
18.8. Análise dos Equipamentos
18.8.1. Pátio da Madeira
18.8.1.1. Capacitação
18.8.1.2. Treinamentos
18.8.1.2.1. NR 12 – Máquinas e Equipamentos
18.8.1.2.2. NR 13 - Caldeiras
18.8.2. Cozimento
18.8.3. Caldeira
18.8.3.1. Situações de Emergência
18.8.3.2. NR 12 - Fornos
18.8.3.3. NR 12 – Caldeiras e Vaso Pressão
18.8.3.4. NR 15 – Atividades Insalubres
18.9. Lavagem da Polpa Marrom
18.9.1. Evaporação Stripping
18.9.1.1. NR 12 – Máquinas e Equipamentos
18.9.1.2. NR 15 – Atividades Insalubres
18.9.1.3. NR 25 – Resíduos Industriais
18.9.1.4. NR 35 – Trabalho em Altura
18.9.2. Caldeira de Recuperação
18.10. Deslignificação
18.10.1. NR 12 – Máquinas e Equipamentos
18.10.2. NR 15 – Atividades Insalubres
18.10.3. NR 25 – Resíduos Industriais
18.11. Lavagem da Polpa
18.11.1. NR 12 – Máquinas e Equipamentos
18.11.2. NR 15 – Atividades Insalubres
18.11.3. NR 25 – Resíduos Industriais
18.12. Branqueamento
18.12.1. NR 12 – Máquinas e Equipamentos
18.12.2. NR 15 – Atividades Insalubres
18.13. Secador
18.13.1. NR 12 – Máquinas e Equipamentos
18.13.2. NR 15 – Atividades Insalubres
18.14. Projeto de Melhoria Contínua
19. Análise Ambiental do Processo
19.1. Branqueamento
19.1.1. Resíduos Orgânicos e Inorgânicos
19.1.2. Resíduos Gasosos
19.1.3. Resíduos Organoclorados Recalcitrantes e Altamente Tóxicos
19.1.4. Controle no Processo de Branqueamento
19.1.4.1. Controle dos Resíduos Orgânicos e Inorgânicos
19.1.4.2. Controle de Substâncias Organocloradas Recalcitrantes
19.2. Caldeira de Biomassa
19.2.1. Carta de Controle
19.3. Caldeira de Recuperação
19.3.1. Carta de Controle
19.4. Caustificação de Lama de Cal
19.5. Caustificação de Licor Verde
19.5.1. Carta de Controle
19.6. Cozimento
19.6.1. Carta de Controle19.7. Deslignificação
19.7.1. Carta de Controle
19.7.2. Mecanismos de Deslignificação Alcalina
19.8. ETA
19.8.1. Carta de Controle
19.9. Evaporação Stripping
19.9.1. Condensado Contaminado
19.9.2. Condensado Intermediário
19.9.3. Condensado Limpo
19.9.4. Carta de Controle
19.10. Extração para Secagem da Polpa
19.10.1. Carta de Controle
19.11. Lavagem da Polpa
19.11.1. Carta de Controle
19.12. Lavagem da Polpa Marrom
19.12.1. Classificação de Resíduos
19.12.2. Principais Tipos de Resíduos
19.12.3. Objetivo
19.12.4. Classificação da Depuração
19.12.5. Dicas
19.12.6. Tratamento de Rejeitos
19.13. Oxidação de Licor Branco
19.13.1. Carta de Controle
19.14. Pátio da Madeira
19.14.1. Carta de Controle
19.15. Armazenamento dos Produtos Químicos do Branco
19.15.1. Carta de Controle
APÊNDICES
A. Decreto Emissão de Ruídos
1. INTRODUÇÃO
A cadeia produtiva de celulose e papel é de grande importância na economia brasileira, devido ao impacto significativo que a mesma exerce sobre inúmeras outras cadeias produtivas.
Esta cadeia se destaca por suas fábricas modernizadas, pela qualificação de profissionais, florestas altamente produtivas e a um trabalho que respeita os critérios de sustentabilidade. Ela é composta, basicamente, pela produção e extração da madeira, fabricação da celulose e fabricação do papel.
2. CONTEXTO HISTÓRICO
A invenção do papel foi anunciada pelo oficial da corte Chinês Ts’ai Lun, no ano de 150 e tem como origem o papiro, planta nativa dos pântanos egípcios.
Os chineses usavam fibras de árvores e trapos de tecidos cozidos e esmagados para a fabricação de papel. A massa resultante era espalhada sobre uma peneira com moldura de bambu e um pano esticado e submetida ao sol para um processo natural de secagem.
No Brasil, o papel começou a ser fabricado em 1809, no Rio de Janeiro. E chegou a São Paulo com o desenvolvimento industrial proporcionado pela vinda de imigrantes europeus para trabalhar na cultura do café. Em sua bagagem, eles trouxeram conhecimento sobre o processo de produção de papel.
As Indústrias Brasileiras de papel e celulose adotaram o Kraft como processo de produção em prol das vantagens oferecidas e por ser um processo que se adequou no Brasil devido ao clima favorável, solo fértil e as matérias primas abundantes.
Tal fato ajudou o país ocupar o segundo lugar no ranking dos países produtores de celulose de todos os tipos e ser o primeiro produtor mundial de celulose de eucalipto.
Há décadas, a indústria de celulose do Brasil desenvolve biotecnologia e engenharia genética para as suas florestas plantadas, o que favorece significativamente a produtividade florestal brasileira, levando as produtoras de celulose a um patamar extremamente competitivo quanto ao custo de produção, sendo o menor custo em nível mundial.
Além disso, mais de 65% de toda a energia consumida pelo setor é autogerada no processo de produção de celulose, por meio da queima do licor negro, produzindo vapor.
3. OBJETIVO
Estudar, projetar e dimensionar todas as etapas para a construção de uma indústria química de Papel e Celulose.
4. IMPLANTAÇÃO FLORESTAL
Para a implantação florestal deve-se considerar alguns pontos importantes.
4.1. Reconhecimento da área
O reconhecimento da área tem por objetivo conhecer e avaliar as condições locais para garantir se atendem às exigências determinadas para o projeto a ser desenvolvido.
4.2. Levantamento topográfico
Devem ser identificados os afloramentos rochosos, as depressões, os rios, os córregos, os pântanos e caracterização do relevo.
4.3. Mapeamento do solo
Análises físico-químicas de solo fornecem subsídios para o conhecimento da fertilidade, estrutura física, camadas adensadas, solo pedregoso, áreas sujeitas à erosão. O mapeamento é importante para a tomada de decisão sobre os métodos de preparo do solo e adubações.
4.4. Mapeamento da vegetação
O mapeamento da vegetação caracteriza o tipo de vegetação predominante e descreve a existência de áreas destinadas à reserva.
4.5. Reservas permanentes e legais
De posse do mapa planialtimétrico e do mapeamento de solo e vegetação, devem ser determinadas às áreas de preservação permanentes e legais, devendo ser respeitado o Código Florestal Brasileiro (Lei nº 12.727, de 17 de Outubro de 2012) e seus decretos que regulamentam o assunto.
4.6. Escolha da espécie
As sementes preferencialmente devem ser provenientes de locais com características do clima, do solo e geográficas semelhantes às da área de plantio. Sementes melhoradas devem ser preferidas pois proporcionam plantios mais homogêneos.
4.7. Estradas, aceiros e talhonamento
A locação e a construção das estradas e aceiros definem o tamanho e a forma dos talhões e devem levar em consideração os aspectos de conservação do solo, proteção e colheita da floresta plantada.
Em áreas de topografia plana deve-se atentar para os aspectos de proteção à floresta. Em áreas de topografia acidentada devem ser considerados os aspectos de conservação do solo e a futura colheita da floresta.
As estradas constituem um dos pontos principais da infraestrutura de um projeto, devendo assegurar o transporte contínuo e seguro, desde a fase de implantação até a colheita.
Os aceiros têm a função de proteção contra incêndios e vias de acesso. Eles devem ser mantidos sempre limpos, principalmente durante os períodos de maiores incidências a incêndios.
5. LOCALIZAÇÃO
A localização foi estudada e estruturada visando o melhor dimensionamento da indústria, que tem médio porte e, também, a área de plantio da matéria prima que é o eucalipto. Baseado nos estudos preliminares e acordos financeiros, a área escolhida para dar partida a construção da indústria está localizada em Governador Valadares, Minas Gerais.
A cidade tem grandes áreas de sítios para plantio e instalação da indústria. Localização com fácil acesso a BR e grandes cidades na redondeza, estrategicamente escolhida por ter mercado consumidor alto e competidor direto.
Visando, futuramente, competir, em larga escala e com maior porte, com a Celulose Nipo-Brasileira S/A, mais conhecida por Cenibra, situada no município de Belo Oriente, localizada há cerca de 29 km de Ipatinga através da BR 381.
Figura 1: Localização da cidade de Governador Valadares em comparação a outras indústrias de Papel e Celulose em Minas Gerais. Fonte: Google Maps.
5.1. Escolha estratégica
O estado de Minas Gerais é um dos maiores estados com área plantada de eucalipto com 24,5% comparada ao Brasil, seguido dos estados de São Paulo (16,7%), Mato Grosso do Sul (15,5%), Bahia (10,8%) e demais estados (IBÁ, Bradesco, 2016).
O estado tem grande potencial para plantio devido ao clima tropical que favorece a produtividade das plantações.
5.2. Eucalipto e localização
O eucalipto escolhido é da espécie Eucalyptus grandis. Esta espécie é a base da indústria de papel e celulose no Brasil.
É plantado principalmente na forma de híbridos com Eucalyptus urophylla. Estes híbridos são clones que apresentam alta produtividade.
6. TIPO DE EUCALIPTO
A espécie Eucalyptus grandis se adapta a solos arenosos, pobres e possui pouca exigência de água. Isso fez com que esteja distribuída em todas as regiões do país.
Sua madeira apresenta densidade baixa a média, apta à produção de celulose.
6.1. Revisão bibliográfica do eucalipto
6.1.1. Eucalyptus grandis
No Brasil, um dos primeiros trabalhos de pesquisa visando produção em laboratório de celulose sulfato a partir de madeira de E. grandis foi realizado por PEREIRA (1969).
Comparada com celuloses de mesmo número de permanganato obtidas de madeira de E. saligna e. alba, a celulose do E. grandis apresentou-se de um modo geral semelhante ao primeiro. Recomendou ainda que dentro do manejo florestal nas condições reinantes do país, onde o corte dos povoamentos de eucalipto é realizado aos 7 anos de idade, fosse dado maior incentivo ao reflorestamento com E. grandis em vista de superioridade geral das propriedades físico-mecânicas de sua celulose principalmente quando comparadaàquela obtida de E. alba.
SRIVASTANA & MATHUR (1964) utilizaram a madeira de E. grandis para a produção de papel para escrita e impressão a partir de celulose kraft. A celulose branqueada apresentou bom rendimento e propriedades consideradas satisfatórias.
Trabalhando em escala piloto GUHA, NATH & MATHUR (1969) observaram altas resistências à tração, arrebentamento e rasgo da celulose sulfato de madeira desta espécie e a indicaram para a fabricação de papel de escrever e imprimir.
Visando a produção de papel de jornal MATHUR & SHARMA (1969) produziram em escala piloto celulose sulfato branqueada, soda a frio branqueada e pasta mecânica. Diversas amostras de papéis foram obtidas nas seguintes proporções: 50% de celulose sulfato e 50% de pasta mecânica; 30% de pasta mecânica, 40% de soda a frio e 30% de sulfato. Os papéis produzidos foram de qualidade satisfatória sendo que no primeiro caso apresentaram maiores resistências à tração, arrebentamento e rasgo.
A viabilidade do uso da madeira de E. grandis para obtenção de celulose semiquímica pelo processo sulfito neutro (NSSC) foi destacada por GUHA et (1969). A celulose não-branqueada, inclusive apresentou uma alvura comparável à obtida pelo processo sulfito a partir de coníferas.
6.1.2. Eucalyptus urophylla
Segundo PRYOR (1971) o E. urophylla foi introduzido em 1919, em Rio Claro - SP, por Navarro de Andrade, sob o nome de E. alba. Os primeiros trabalhos com madeira de E. alba do Brasil foram conduzidos em 1927, no Forest Products Laboratory, Madison, EUA (1958) pelo processo soda a frio, em mistura com E. saligna, E. kertoniana e. tereticornis. A qualidade do papel de jornal obtido se mostrou comparável aos padrões, embora apresentasse baixa opacidade e reduzida penetração à tinta.
Estudos de laboratório com madeira desta espécie com idades de 5 e 7 anos mostrou uma certa superioridade das características de resistência da celulose não-branqueada proveniente da madeira mais jovem (PEREIRA, 1969).
A madeira de E. alba por apresentar uma maior densidade tem mostrado ser inferior quanto à resistência à tração, arrebentamento e dobramento, menor peso específico aparente e uma maior resistência ao rasgo quando comparado com o E. saligna e E. grandis a uma mesma idade. Sua grande vantagem é, apresentando rendimentos em celulose similares àquelas espécies citadas, necessitar de menores volumes de madeira por tonelada de celulose.
Visando, ainda, a produção de celulose sulfato a madeira de E. alba foi testada nos laboratórios da Companhia Portuguesa de Celulose. A qualidade se mostrou relativamente inferior quando comparada às celuloses obtidas a partir de madeiras de E. globulus, E. maidenii e E. saligna (QUEIROZ, 1972).
7. CAPACIDADE PRODUTIVA
A indústria possui uma capacidade produtiva de 1.000 mil toneladas de celulose por dia.
Para cálculo do valor da tonelada de celulose, parte-se do pressuposto que uma tonelada de madeira seca em estufa (105ºC), que com uma densidade média de 0,5 toneladas secas/m³ verde corresponde a 2 m³ de madeira sólida.
As perdas e rendimentos que ocorrem ao longo do processo são, em médio, os seguintes:
· 1,5% de perda na produção e classificação de cavacos – sobram 0,985 toneladas absolutamente secas.
· 53% de rendimento na conversão dos cavacos em celulose kraft não branqueada – resultam 0,522 toneladas secas de celulose sem branquear.
· 97,5% de rendimento na deslignificação com oxigênio – resultam 0,509 toneladas secas.
· 95% de rendimento no branqueamento da celulose – resultam 0,4835 toneladas secas de celulose.
· 0,75 % de perda de fibras e de perdas na depuração da celulose – resultam 0,48 toneladas absolutamente secas de celulose branqueada e embalada.
Porém a celulose não é comercializada com base no peso absolutamente seco, mas em umidade de 10% (que é aproximadamente a umidade de equilíbrio das folhas de celulose com a umidade do ar).
Logo, 0,48 toneladas absolutamente secas correspondem a 0,5333 toneladas secas ao ar (a 90% de teor de secos e 10% de umidade). Assim, para se fabricar uma tonelada de celulose vamos necessitar de 1,876 toneladas absolutamente secas de madeira ou 3,75 m³.
Esses números variam conforme os rendimentos e perdas e com a densidade da madeira.
Para fabricação de papel branco pode-se usar entre 0,7 a até 1 tonelada de celulose seca ao ar por tonelada de papel, isso varia com o tipo de papel (papéis higiênicos de alta qualidade são praticamente produzidos só com fibras de celulose, sendo que papéis de impressão podem conter grandes quantidades de cargas minerais - por exemplo o papel revestido tipo couché).
O preço da tonelada de papel é baseado nos parâmetros de uma das maiores produtoras de Papel e Celulose do Brasil, a Suzano Papel e Celulose.
No dia 15 de outubro de 2021, a Suzano Papel e Celulose anunciou aumento de US$30 por tonelada no preço lista da celulose fibra curta negociada na Europa, América do Norte e China, com novos valores válidos a partir de 1º de novembro.
O preço lista na Europa será de US$970 por tonelada. Na América do Norte, de US$1.160 por tonelada. Na China, o preço será de US$ 790 por tonelada.
A Suzano segue sua concorrente Fibria, que anunciou aumento de US$30 por tonelada para os três mercados, também com validade a partir de 1º de novembro.
8. NORMAS LEGAIS
Indústrias que fabricam celulose geram impactos ambientais que precisam ser controlados, como monocultura, alto consumo e contaminação de água e desmatamento (BOTTINI,2007) Partindo do princípio de que é possível aliar desenvolvimento econômico com responsabilidade ambiental, desde que se exerça a atividade de forma a minimizar os impactos gerados em cada fase do processo produtivo, esta atividade necessita de Licenciamento Ambiental.
Baseando-se na legislação ambiental vigente no Brasil, mais especificamente no que determina a Política Nacional do Meio Ambiente (Lei nº 6.938, 1981) e na Resolução Conama 237/97 (Dispõe sobre a revisão de a complementação dos procedimentos e critérios utilizados para o Licenciamento Ambiental), (Brasil, 1981).
A Avaliação de Impactos Ambientais (AIA) é um instrumento preventivo que possui o objetivo de assegurar a execução de empreendimentos e projetos com alto grau de impacto ambiental seja analisado de forma a mitigar e reduzir os seus impactos. Através do AIA, surgem o Estudo de Impacto Ambiental e o Relatório de Impacto (EIA/RIMA), que são previstos na Resolução Conama 0001/86. Esses três mecanismos estão diretamente relacionados entre si e são a base para o licenciamento ambiental de atividades altamente poluidoras (Brasil, 2015)
Abaixo, a Figura XX mostra a relação entre o AIA, EIA/RIMA e o Licenciamento Ambiental:
Figura 2: Inter-relação do AIA, EIA/RIMA e Licenciamento Ambiental. Fonte: Elaborado pelo autor.
O empreendimento em questão caracteriza-se como atividade industrial, pertencente ao ramo de atividade de Fabricação de Celulose, Papel e Produtos de Papel, classificada de acordo com a CNAE-IBGE 2.0 – Classes Atualizadas (Classificação Nacional de Atividades Econômicas – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), como classe 1710-9 – FABRICAÇÃO DE CELULOSE E OUTRAS PASTAS PARA A FABRICAÇÃO DE PAPEL.
Para a operação da unidade industrial de celulose será necessária à implantação de uma infraestrutura externa e interna de apoio que compreenderá estradas de acesso, linha de transmissão de energia elétrica, recebimento de insumos, captação e tratamento de água, tratamento e disposição adequada de efluentes e sistemas de tratamento e disposição de resíduos sólidos industriais.
8.1. EIA – Estudo de Impacto Ambiental
Segundo a resolução CONAMA 001/86, o Estudo de Impacto Ambiental deverá ser elaborado por empreendimentos que requerem o licenciamento aos Órgãos competentes, tai como:
I. Estradas de rodagem com duas ou mais faixas de rolamento;
II. Ferrovias;
III. Portos e terminais de minério, petróleo e produtos químicos;
IV. Aeroportos, conforme definidos pelo inciso 1, artigo 48, do Decreto-Lei nº 32, de 18 desetembro de 1966;
V. Oleodutos, gasodutos, minerodutos, troncos coletores e emissários de esgotos sanitários;
VI. Linhas de transmissão de energia elétrica, acima de 230KV;
VII. Obras hidráulicas para exploração de recursos hídricos, tais como:
a. Barragem 159 para fins hidrelétricos, acima de 10MW, de saneamento ou de irrigação,
b. Abertura de canais para navegação, drenagem e irrigação,
c. Retificação de cursos d’água, abertura de barras e embocaduras,
d. Transposição de bacias, diques;
VIII. Extração de combustível fóssil (petróleo, xisto, carvão);
IX. Extração de minério, inclusive os da classe II, definidas no Código de Mineração;
X. Aterros sanitários, processamento e destino final de resíduos tóxicos ou perigosos;
XI. Usinas de geração de eletricidade, qualquer que seja a fonte de energia primária, acima de 10MW;
XII. Complexo e unidades industriais e agroindustriais (petroquímicos, siderúrgicos, cloroquímicos, destilarias de álcool, hulha, extração e cultivo de recursos hídricos);
XIII. Distritos industriais e zonas estritamente industriais-ZEI;
XIV. Exploração econômica de madeira ou de lenha, em áreas acima de 100 hectares ou menores, quando atingir áreas significativas em termos percentuais ou de importância do ponto de vista ambiental;
XV. Projetos urbanísticos, acima de 100ha ou em áreas consideradas de relevante interesse ambiental a critério da SEMA e dos órgãos municipais e estaduais competentes estaduais ou municipais;
XVI. Qualquer atividade que utilizar carvão vegetal, em quantidade superior a dez toneladas por dia.
XVII. Qualquer atividade que utilizar carvão vegetal, derivados ou produtos similares, em quantidade superior a dez toneladas por dia (nova redação dada pela resolução n°11/86)
XVIII. Projetos Agropecuários que contemplem áreas acima de 1.000 ha ou menores. Neste caso, quando se tratar de áreas significativas em termos percentuais ou de importância do ponto de vista ambiental, inclusive nas áreas de proteção ambiental (Inciso acrescentado pela Resolução n°11/86).
XIX. Empreendimento potencialmente lesivos ao patrimônio espeleológico nacional. (Inciso acrescentado pela Resolução n°5/87).
Caso comprovada a obrigatoriedade de elaboração do EIA, o mesmo deverá ser elaborado por equipe multidisciplinar, e conter no mínimo as atividades listadas abaixo
I. Diagnóstico ambiental da área de influência, considerando:
a. o meio físico;
b. o meio biológico;
c. o meio socioeconômico;
II. Análise dos impactos ambientais;
III. Definição das medidas mitigadoras dos impactos negativos;
IV. Elaboração do programa de acompanhamento e monitoramento dos impactos.
8.2. RIMA – Relatório de Impacto Ambiental
O EIA é um estudo completo, técnico e detalhado sobre os impactos do empreendimento, que será analisado pelo órgão ambiental competente. Já o RIMA deverá ser elaborado com linguagem de fácil entendimento, com gráficos, planilhas, mapas e descrição do empreendimento, para que haja análise das vantagens e desvantagens do projeto envolvendo a comunidade interessada e o público local. O RIMA irá refletir as conclusões do EIA, e deverá conter no mínimo as seguintes atividades:
I - Os objetivos e justificativas do projeto;
II - A descrição do projeto e suas alternativas tecnológicas e locacionais;
III - A síntese dos resultados dos estudos de diagnósticos ambiental da área de influência do projeto;
IV - A descrição dos prováveis impactos ambientais da implantação e operação da Atividade;
V - A caracterização da qualidade ambiental futura da área de influência;
VI - A descrição do efeito esperado das medidas mitigadoras previstas em relação aos impactos negativos;
VII - O programa de acompanhamento e monitoramento dos impactos; e
VIII - Recomendação quanto à alternativa mais favorável.
8.3. Licenciamento Ambiental
Para Talden Farias (2013), o licenciamento ambiental é o instrumento mediante o qual o Poder Público procura controlar as atividades econômicas que degradam ou que simplesmente podem degradar o meio ambiente. As atividades econômicas potencial ou efetivamente causadoras de impactos ao meio ambiente, como qualquer outra capaz de interferir nas condições ambientais, estão sujeitas ao controle estatal. Ele consiste em uma série de procedimentos que analisa os fatores ambientais e objetiva assegurar o funcionamento do projeto e utilização de recursos dentro dos padrões permissíveis. Além de compatibilizar os processos de utilização de recursos naturais, o grande objetivo do Licenciamento Ambiental para os empreendimentos é a obtenção da Licença Ambiental, que autorizará o funcionamento do projeto.
Existem três tipos de Licenças Ambientais, e elas seguem um ciclo no processo em que uma é consequência da outra.
· Licença Previa (LP)
· Licença de Instalação (LI)
· Licença de Operação (LO)
O primeiro fator a ser considerado, buscando a Licença Prévia, é o local e a viabilidade do empreendimento. Como geralmente os projetos são de alta magnitude e complexidade, as companhias produtoras contratam uma empresa especializada em gerenciamento de projetos, esses por sua vez conduzirão o processo de licenciamento ambiental.
Após a conclusão do EIA\RIMA e sua divulgação para as partes interessadas, o requerimento das licenças ambientais se torna o principal ator na busca da iniciação das atividades. Para a indústria de Celulose e Papel, o requerimento das licenças determina condicionantes que devem ser atendidas em sua plenitude, levando em consideração a particularidade de cada empreendimento, projeto e região.
8.3.1. Licença Previa
Definida no art. 19 do Decreto nº 99.274/90 e no art. 8 da Resolução Conama 237/97, é a licença ambiental concedida na fase preliminar do planejamento do empreendimento ou atividade, aprovando sua localização e concepção, atestando a viabilidade ambiental, e estabelecendo os requisitos básicos e condicionantes a serem atendidos nas próximas fases de sua implementação. Ainda assim, essa licença não autoriza o início das obras e nem o funcionamento das atividades. Nesta etapa ainda podem ser requeridos estudos ambientais complementares, como EIA/RIMA, que será usado pelo órgão licenciador para definição das condições nas quais a atividade deve ser enquadrada.
Tanto o processo de produção de celulose, quanto o de papel são atividades que geram grandes impactos ambientais e geralmente esses sistemas são integrados (em uma mesma planta se produz celulose e papel) o que aumenta a intensidade dos impactos. O anexo VIII da Política Nacional do Meio Ambiente, classifica as Indústrias de Celulose e Papel como empreendimento de atividades potencialmente poluidoras e utilizadoras de recursos naturais, comprovando a obrigatoriedade na elaboração do EIA/RIMA.
8.3.2. Licença de Instalação
A Licença de Instalação, também definida no art. 19 do Decreto nº 99.274/90 e no art. 8 da Resolução Conama 237/97, vem a ser a licença ambiental que autoriza a instalação do empreendimento ou atividade de acordo com as especificações constantes dos planos, programas e projetos aprovados, incluindo as medidas de controle ambiental e demais condicionante
Para esse processo, serão avaliados principalmente os aspectos na criação da estrutura fabril, os equipamentos instalados e a alteração no meio. Em um complexo industrial de Celulose e Papel, os equipamentos e maquinários despendem uma grande quantidade de energia e insumos químicos para o processo produtivo. Alguns dos impactos negativos estarão nitidamente expostos, reforçando a criação e execução de condicionantes mitigadoras para os impactos. Ações como relacionamento com a comunidade, educação ambiental, e doações financeiras serão características das condicionantes.
8.3.3. Licença de Operação
Essa licença, também definida nos mesmos artigos das outras duas, autoriza a operação da atividade ou empreendimento, após a verificação do efetivo cumprimento do que consta das licenças anteriores, com as medidas de controle ambiental e condicionantes determinados para a operação. Trata-se do ato administrativo conclusivopelo qual o órgão licenciador autoriza o início das atividades
O Start up da fábrica chamará atenção para riscos ambientais principalmente relacionados aos insumos químicos, emissões gasosas, uso da água, tratamento de efluentes, resíduos sólidos e ruídos. Após todos os controles ambientais serem testados e comprovados, bem como suas medidas mitigadoras, o empreendimento poderá iniciar suas operações
8.4. Lei de Outorga para uso Hídricos
Em 8 de janeiro de 1997, foi criada a Lei nº 9.433, mais conhecida como Lei das Águas, que instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH) e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (Singreh). Entretanto, foi a partir da Constituição de 1988 e, mais tarde a lei de 1997, que houve o reconhecimento da necessidade de proteger as águas dentro da estrutura global ambiental, a partir da gestão que se preocupasse em integrar os recursos hídricos ao meio ambiente, para garantir o desenvolvimento sustentável e à manutenção do meio ambiente ecologicamente equilibrado.
Nos vegetais, a água tem três funções principais: participar na reação da fotossíntese, ser transpirada pelas aberturas dos estômatos no processo de respiração e ser veículo para transporte (como seiva). Em conjunto, essas atividades metabólicas alimentam um ciclo completo da água que, após precipitar-se sobre o solo, é sugada pelas raízes, evaporada de volta para a atmosfera, precipitando-se novamente sobre o solo. Uma das frequentes ameaças endereçadas ao eucalipto refere-se ao seu consumo de água e seus consequentes impactos sobre a umidade do solo, os rios e os lençóis freáticos.
A Presidência da República sanciona e promulga a seguinte outorga de direitos de uso de recursos hídricos:
Art. 11. O regime de outorga de direitos de uso de recursos hídricos tem como objetivos assegurar o controle quantitativo e qualitativo dos usos da água e o efetivo exercício dos direitos de acesso à água.
Art. 12. Estão sujeitos a outorga pelo Poder Público os direitos dos seguintes usos de recursos hídricos:
I. derivação ou captação de parcela da água existente em um corpo de água para consumo final, inclusive abastecimento público, ou insumo de processo produtivo;
II. extração de água de aqüífero subterrâneo para consumo final ou insumo de processo produtivo;
III. lançamento em corpo de água de esgotos e demais resíduos líquidos ou gasosos, tratados ou não, com o fim de sua diluição, transporte ou disposição final;
IV. aproveitamento dos potenciais hidrelétricos;
V. outros usos que alterem o regime, a quantidade ou a qualidade da água existente em um corpo de água.
§ 1º Independem de outorga pelo Poder Público, conforme definido em regulamento:
I. o uso de recursos hídricos para a satisfação das necessidades de pequenos núcleos populacionais, distribuídos no meio rural;
II. as derivações, captações e lançamentos considerados insignificantes;
III. as acumulações de volumes de água consideradas insignificantes.
§ 2º A outorga e a utilização de recursos hídricos para fins de geração de energia elétrica estará subordinada ao Plano Nacional de Recursos Hídricos, aprovado na forma do disposto no inciso VIII do art. 35 desta Lei, obedecida a disciplina da legislação setorial específica.
Art. 13. Toda outorga estará condicionada às prioridades de uso estabelecidas nos Planos de Recursos Hídricos e deverá respeitar a classe em que o corpo de água estiver enquadrado e a manutenção de condições adequadas ao transporte aquaviário, quando for o caso.
Parágrafo único. A outorga de uso dos recursos hídricos deverá preservar o uso múltiplo destes.
Art. 14. A outorga efetivar-se-á por ato da autoridade competente do Poder Executivo Federal, dos Estados ou do Distrito Federal.
§ 1º O Poder Executivo Federal poderá delegar aos Estados e ao Distrito Federal competência para conceder outorga de direito de uso de recurso hídrico de domínio da União.
§ 2º (VETADO)
Art. 15. A outorga de direito de uso de recursos hídricos poderá ser suspensa parcial ou totalmente, em definitivo ou por prazo determinado, nas seguintes circunstâncias:
I. não cumprimento pelo outorgado dos termos da outorga;
II. ausência de uso por três anos consecutivos;
III. necessidade premente de água para atender a situações de calamidade, inclusive as decorrentes de condições climáticas adversas;
IV. necessidade de se prevenir ou reverter grave degradação ambiental;
V. necessidade de se atender a usos prioritários, de interesse coletivo, para os quais não se disponha de fontes alternativas;
VI. necessidade de serem mantidas as características de navegabilidade do corpo de água.
Art. 16. Toda outorga de direitos de uso de recursos hídricos far-se-á por prazo não excedente a trinta e cinco anos, renovável.
Art. 17. (VETADO)
Art. 18. A outorga não implica a alienação parcial das águas, que são inalienáveis, mas o simples direito de seu uso.
8.5. Lei da Emissão de Carbono
As indústrias de papel e celulose respondem por 12% da energia total utilizada pelo setor industrial no Brasil, sendo que, destes, 95% são utilizados para a fabricação de papel, celulose e papel cartão. A energia é gerada basicamente por combustíveis: fósseis e biocombustíveis e neste sentido, essas indústrias acabam sendo uma das maiores contribuintes pelas emissões de carbono da área industrial (RUTH; DAVIDSDOTTIR, 1997). Conforme os dados divulgados pelo Ministério de Minas e Energia e pela Secretaria de Energia no Balanço Energético Nacional (BEN) (2007), o maior consumo do setor de papel e celulose se encontra na Lixívia, conforme disposto na tabela 01:
Tabela 1: consumo do setor de papel e celulose. (BEM,2007)
Contudo, segundo Ruth e Davidsdottir (1997), a eficiência energética, nestas industriais, melhorou de 38,32 milhões de Btu, por tonelada, em 1972, para 29,95 milhões de Btu, por tonelada de produção, em 1995. Este aumento 63 de eficiência se deu pelas melhorias em práticas de administração interna e em tecnologias existentes. Se por um lado a energia utilizada por tonelada diminuiu, por outro a demanda pelo papel é maior registrada em termos per capita no mundo. Desta maneira, na ausência de políticas eficientes sobre o clima, taxas de adoção de tecnologias e melhorias de eficiência na indústria combinadas com expansões de taxas de produção é provável que resulte no aumento de emissões de carbono (RUTH; DAVIDSDOTTIR, 1997). Todo o processo entre a implantação da floresta, corte e transporte da madeira, posteriormente, o descasque e processamento das toras para a obtenção das fibras para a celulose libera gás carbônico, mas numa quantidade menor. Entretanto, quando analisamos a vida útil do produto final, o papel, fica uma dúvida se, realmente, existe o anunciado benefício ao meio ambiente, conforme demonstrado na figura 01, baseado em 01 hectare de eucalipto.
Figura 3: fluxo do CO2. Fonte: international paper.
Na implantação de uma nova floresta, antes de ocorrer o dimensionamento do carbono, ocorre o inverso desta ideia, pois, quando se inicia o processo de preparo do solo, plantio, irrigação, adubação e manutenção florestal (desbaste e combate as pragas) ocorre liberação de carbono para a atmosfera.
Na figura, pode-se observar que na preparação/plantio da nova floresta há uma liberação de, aproximadamente, 320 quilos (0,32 tons) de CO2 por hectare de eucaliptos grandes plantado, pois é necessário o trabalho com equipamentos para preparo do solo, plantio, manutenção da floresta, irrigação, adubagem; e estes procedimentos são efetuados com a ajuda de máquinas movidas na maioria das vezes a óleo diesel.
Esta árvore possui aproximadamente 55% do seu peso em água, sendo assim sua matéria seca é de 192 quilos. A árvore de eucaliptos é composta de 49% do seu peso em carbono, conforme tabela 2, o que representa 94 quilos por unidade.
Tabela 2: Composição elementar do eucalipto. (Fonte: Bizzo 2007)
O peso de 1 quilo de carbono reage com 2,667 quilogramas de oxigênio e forma 3,667 quilogramas de CO2 , assim sendo, cada árvore de eucaliptos absorve a quantidade de344 quilos de CO2, conforme demonstrado na tabela 3:
Tabela 3: Peso do eucalipto. (Fonte: Bizzo 2007)
Na fase agrícola, efetua-se, primeiramente, uma emissão de CO2 no momento da implantação da nova floresta, pois é necessário efetuar o preparo do solo e o efetivo plantio, que, atualmente, são executados por meio mecânico (implementos agrícolas movidos a óleo diesel). O processo de colheita e transporte da madeira também geram emissões de gás carbônico. Entretanto, pelo estudo elaborado pela INTERNATIONAL PAPER, baseado em pesquisa própria e revisão da literatura do Ministério da Ciência e Tecnologia, fica explicito que o plantio e o corte de uma nova floresta, para o aproveitamento das toras na fabricação de celulose, conseguem mesmo, descontando as emissões necessárias nesses processos, ser um fixador de carbono significativo.
No anexo 01, segue a lei sancionada pelo presidente da república a respeito da emissão de carbono.
9. CELULOSE
O papel é formado por fibras celulósicas que se entrelaçam umas com as outras, garantindo sua resistência. A principal matéria-prima para a obtenção dessas fibras é a madeira. Além das fibras da madeira, também podem ser utilizadas as fibras de bambu, bagaço de cana, algodão, linho e sisal.
Existem alguns processos de obtenção de celulose, o utilizado na fábrica é o método KRAFT. É um processo químico onde a madeira em forma de cavacos é cozida em um vaso de pressão (digestor), na presença de soda cáustica e sulfeto de sódio.
9.1. Formação da celulose
As plantas realizam reações de fotossíntese, em que a água, o gás carbônico e a energia do sol, retida pela clorofila, produzem oxigênio e glicose, que é um carboidrato classificado como monossacarídeo.
6 CO2(g) + 6 H2O(ℓ) + luz solar → 1 C6H12O6(aq) + 6 O2(g)
As moléculas de glicose combinam-se formando polissacarídeos, que são polímeros de condensação naturais. Quando essa união ocorre por unidades de β-glicose, há a formação da celulose.
Figura 4: Fórmula estrutural da glicose. Fonte: Fogaça (2018).
A celulose tem estrutura fibrosa e úmida, na qual se estabelecem múltiplas pontes de hidrogênio entre os grupos hidroxilas das distintas cadeias justapostas de glicose, tornando-as impenetráveis a água e, portanto, insolúveis, dando origem a fibras compactas que constituem a parede celular dos vegetais.
Dois tipos de celulose, com diferentes características físicas e químicas, são utilizados na produção de papel: celulose de fibra longa ou de fibra curta. A primeira, originária de espécies coníferas como o pinus, plantada no Brasil, tem comprimento entre 2 e 5 milímetros. Já a segunda, com 0,5 a 2 milímetros de comprimento, deriva principalmente do eucalipto.
9.1.1. Celulose de fibra longa
Produzida a partir de florestas plantadas de eucalipto, a celulose de fibra curta é utilizada em diferentes tipos de papel, como os do segmento de tissue (papel higiênico, toalhas e guardanapos, principalmente), papéis de imprimir e escrever e papéis especiais. O Brasil segue como o maior produtor mundial de celulose de fibra curta.
9.1.2. Celulosa de fibra curta
Proveniente de florestas plantadas de pinos, a celulose de fibra longa confere propriedades como resistência a papéis dos segmentos de tissue (papel higiênico, toalhas e guardanapos, especialmente), papéis de imprimir e escrever, embalagens e papéis especiais (diversos tipos de filtros e embalagens especiais).
A combinação das celuloses de fibra longa e curta resulta em papéis de alta qualidade, que podem aliar diversas propriedades, como maciez, opacidade e resistência, em um único produto.
10. FLUXOGRAMA
O fluxograma apresenta o método KRAFT com suas respectivas etapas e detalhamentos de processos, equipamentos, químicos, demanda energética e possíveis gargalos de processo.
Fluxograma 1 - Fluxograma geral do processo de Papel e Celulose.
Fluxograma 2 - Fluxograma geral do processo de Papel e Celulose.
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11. DIMENSIONAMENTO DE EQUIPAMENTOS E LOCAIS
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11.1. Pátio de madeira
O processamento da celulose inicia-se pela etapa de recebimento da matéria-prima, onde a empresa recebe as toras de eucalipto, que são armazenados no pátio de madeira.
A máquina carregadeira transporta as toras para a mesa de abastecimento, que através das esteiras transportadoras encaminham as toras para os descascadores, em forma de tambor que está em constante rotação. A madeira fricciona-se contra a parede do descascador com as outras toras, onde ocorre a eliminação das cascas, folhas, galhos, areias e demais impurezas.
Este processo é necessário, pois estas impurezas podem atrapalhar no processo de cozimento, isto também reduz a quantidade de reagentes necessários e lavagem da polpa. Além disso, estes resíduos servem de biomassa para a caldeira.
Após o descascamento a madeira é transportada através das esteiras transportadoras para o picador de madeiras. O picador possui lâminas em seu interior que cortam a madeira reduzindo seu tamanho e transformando em cavacos que devem possuir dimensão de 5 a 50mm limitadas e uniformes.
Os cavacos apresentam uma variedade de tamanhos e espessuras que podem diminuir a qualidade do produto final e também a economia nos digestores. Por isso, os cavacos são encaminhados para peneiras que possuem diâmetros pré-definidos, onde os cavacos são selecionados. Os cavacos com tamanhos menores voltam para os picadores, e os cavacos com tamanhos menores seguem para biomassa da caldeira. Os cavacos com tamanhos adequados seguem para uma pilha que posteriormente serão encaminhados para o digestor, onde irão ser cozidos.
O resíduo industrial, as cascas, constituem de 10 a 20% da madeira total processada, podendo ser utilizado, como combustível para geração de vapor necessário ao processo.
O pátio de madeira tem grande dimensão devido a quantidade de toras e pilhas de cavacos, ou seja, a empresa, em geral, necessita de um espaço com 10.000m2.
11.2. Descascador
Dentre os diversos tipos de descascadores, o mais interessante para a atividade é o tipo tambor, que é de material metálico e cilíndrico, com a parte interior giratória. O funcionamento se dá devido ao atrito entre os cavacos.
O fator limitante é que cada tora toma mais ou menos o mesmo tempo para ser descascada, independente do eu volume. Quando a floresta tem bom volume, com toras de diâmetros médios de 20 cm, a produtividade de cada máquina atinge 45-50m3/hora. Quando a floresta é pobre de volume, com diâmetros de toras entre 10 a 12 cm, a produtividade da máquina é reduzida a 15-20 m3/hora. Outro fator limitante é que as toras não podem ser muito longas, em geral de 2 a 2,5 metros.
O tempo de residência dentro do tambor varia de 30 a 90 minutos. Em geral, os tambores são bem largos em diâmetro, que variam entre 4 a 8 metros e longos de comprimento, entre 20 a 40 metros. E tem consumo médio de 300 a 1.00 KW. E a quantidade necessária é de 10 descascadores do tipo tambor.
11.3. Picador
Picador de disco de múltiplas facas é o mais utilizado industrialmente, o qual consiste de um disco rotativo reforçado de aço, munido de facas (lâminas de corte) distribuídas na área de uma de suas faces. O disco tem um diâmetro que varia de 70 a 450 cm e pode ser equipado com 4, 8, 10, 12 ou mais facas.
O ajuste das facas permite regular o tamanho dos cavacos, os quais são obtidos pelo impacto da tora com as facas, deixando o picador através de fendas existentes no disco. A velocidade de rotação do disco será regulada em função do diâmetro do disco e do número de facas. Por exemplo, para um disco com 214 cm de diâmetro, com 12 facas, a velocidade recomendada é de 450 rpm.
11.4. Estocagem
Consiste no armazenamento dos cavacos em forma de pilha ao ar livre. As vantagens do estoque de cavacos perante o de toras são as seguintes: maior facilidade no manuseio, maior disponibilidade de cavacos e redução de mão-de-obra no pátio.
11.5. Parâmetros
· Capacidade de 1.000 toneladas por dia.
· Quantidade de madeira contendo casca para abastecimento: 4.000 m3/dia.
· Peso seco demadeira: 1.800 toneladas/dia.
· Peso seco da casca: 165 toneladas/dia.
· Casca (85% de remoção): 140 toneladas/dia.
· Casca a 45% de consistência: 310 toneladas/dia.
· Densidade a granel da casca fragmentada (aparente): 70 Kg/m3.
· Densidade a granel da casca contendo madeira fragmentada: 75 Kg/m3.
· Perda de madeiras: 63 toneladas/dia.
· Casca nos cavacos ao digestor: 22,5 toneladas/dia.
· Madeira na biomassa total: 63 toneladas em 203,25 toneladas de biomassa total.
· Volume de biomassa fragmentada: 1.350 m3/dia.
· Peso úmido da biomassa total (45% de consistência): 450 toneladas/dia.
11.6. Cozimento
O cozimento consiste na transformação (desintegração) da madeira em celulose na presença de produtos químicos, pressão (8 kgf/cm2) e temperatura (165 °C), promovendo a individualização das fibras, a remoção da lignina que as une entre si e a menor degradação possível dos polissacarídeos.
O cozimento se refere a submeter os cavacos de madeira a uma ação química do licor branco forte e do vapor d’água no digestor a fim de dissociar a lignina entre a fibra e a madeira. Esse processo pode ocorrer em dois meios: alcalino (Kraft e Soda) e ácido (Sulfito).
No processo contínuo, os cavacos e o licor são alimentados continuamente no digestor e atravessam zonas de temperaturas crescentes, até atingir a zona de cozimento, onde a temperatura é mantida constante.
O digestor contínuo é um vaso de pressão, com altura aproximada de 60 m, onde os cavacos e licor branco forte são introduzidos continuamente pela parte superior. O tempo total do cozimento da madeira é de 120 minutos, e realiza-se do topo até o centro do digestor.
Do centro até a parte inferior, realiza-se uma operação de lavagem, a fim de se retirar a solução residual - o licor preto fraco (licor branco forte usado no cozimento mais lignina dissociada da madeira), que será utilizado como combustível na caldeira de recuperação.
No final do processo de cozimento o licor branco é transformado em licor preto (licor branco + lignina dissolvida), sendo enviado a uma unidade de recuperação de produtos químicos, onde é recuperado, retornando ao cozimento.
Figura 5: Digestor.
No cozimento “kraft” há variáveis associadas à madeira e ao processo. As associadas com a madeira são:
· Tipo e espécie de madeira;
· Idade da madeira;
· Uniformidade;
· Densidade básica;
· Características das fibras.
Características da madeira. As variáveis associadas ao processo de cozimento são:
· Carga de álcali: é a quantidade de químicos NaOH e Na2S proporcional à quantidade de madeira. A taxa de adição varia bastante de fábrica para fábrica. Usualmente, esta taxa é expressa como porcentagem de álcali ativo (AA) em relação à madeira: tonelada de AA/tonelada de madeira, ou porcentagem de álcali efetivo (AE) em relação à madeira: tonelada de AE/tonelada de madeira. Observação: É importante que todo cavaco, esteja envolvido com a carga de álcali contida no licor, porém, sem muita diluição (volume excessivo).
· Concentração: As concentrações podem sofrer variações, mantendo-se a carga de álcali constante, mediante mais ou menos diluição. Concentrações baixas ou altas devem ser evitadas, pois, prolongam o tempo de cozimento ou interferem na uniformidade, respectivamente. Uma concentração mínima é necessária para manter os compostos dissolvidos em solução.
· Sulfidez: A presença de sulfeto acelera a deslignificação, permitindo obter polpas com fibras mais resistentes para um mesmo grau de deslignificação. A sulfidez é expressa percentualmente em relação ao álcali ativo: S= (Na2S / NaOH + Na2S) x 100%. Utiliza-se normalmente uma sulfidez de até 30% para coníferas e 20% para folhosas.
· Tempo e temperatura: o tempo e a temperatura são variáveis interdependentes, ou seja, quanto maior a temperatura, menor o tempo de cozimento. O cozimento precede normalmente na temperatura entre 150 a 160ºC onde o tempo de cozimento não é tão prolongado e a degradação da celulose, é mínima.
· Fator H: Cozimentos com diferentes combinações de tempo e temperatura para um mesmo fator H e com as demais condições constantes devem produzir pastas com teor de lignina e rendimento semelhantes. É uma variável que relaciona a temperatura e o tempo de cozimento, utilizado frequentemente como variável de controle. O fator H normalmente está em torno de 700 para as folhosas e de 1.500 a 2.000 para as coníferas.
11.7. Equipamentos
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3.
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10.
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11.2.
11.3.
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11.6.
11.7.
11.7.1. Caldeiras
Os processos mais importantes para se compreender o funcionamento de uma caldeira de recuperação química são:
· Sistema de ar;
· Sistema de gases de combustão;
· Sistema de água e vapor;
· Sistema de licor negro e cinzas;
· Sistema de óleo ou gás natural;
· Sistema de licor verde;
· Sistemas de equipamentos auxiliares.
Assim, a Figura xx, identifica alguns dos componentes responsáveis pelo funcionamento dos sistemas que serão explicados nos itens em seguida.
Figura 6: Caldeira
11.7.1.1. Sistema de ar
O licor negro é constituído por materiais orgânicos e inorgânicos que reagem dentro da fornalha durante a combustão. Com o aumento da quantidade de matéria orgânica do licor negro, maior a quantidade de ar necessária por unidade de sólido seco de licor negro. Os requisitos principais para o sistema de ar da caldeira são uma distribuição efetiva e uma mistura máxima de ar com os gases de combustão.
Ar é tipicamente injetado por diversas elevações horizontais para garantir a combustão completa e minimizar as emissões.
Além disso, equipamentos de medição de temperatura e pressão são instalados nos locais apropriados. O fluxo de ar é controlado através de dampers nas aberturas da fornalha e pelo controle dos sopradores de ar. O fluxo de ar através dos sopradores pode ser controlado por dampers no duto, mudança de velocidade de rotação dos mesmos e outros métodos.
11.7.1.2. Sistema de gases de combustão
Para Vakkilainen (2005), o sistema de gases de combustão transporta material queimado da fornalha até a atmosfera de maneira segura. Os gases passam da fornalha pelas superfícies dos trocadores de calor. Os gases fluem por dutos e através de ventiladores até o precipitador eletrostático.
A vazão natural dos gases não é o suficiente para a saída de todo o gás, então uma vazão induzida por ventiladores é aplicada. Essa vazão também controla a passagem de gases através da fornalha e a pressão dela no nível dos injetores de licor deve ser mantida abaixo da pressão da fornalha. O precipitador eletrostático e outros equipamentos de redução de emissões são empregados para diminuir a poluição, pois separam as cinzas do gás de combustão.
11.7.1.3. Sistemas de água e vapor
A circulação de água e vapor na caldeira começa com água de alimentação de baixa pressão e termina com vapor de alta pressão e temperatura. Os sistemas de circulação transportam, pressurizam, pré-aquecem, vaporizam e superaquecem a água até formar o vapor nas condições desejadas.
A figura 7 representa um sistema de água e vapor em caldeiras de tubulão único.
Figura 7: Sistema de água vapor.
Para uma operação confiável da caldeira, a água de alimentação deve ter baixo teor de oxigênio e minerais.
O sistema de água de alimentação consiste de um tanque de alimentação, desaerador, bomba de água de alimentação para caldeira, válvulas de controle e o sistema de tubulações. A água de alimentação é introduzida primeiramente no economizador, que recupera calor dos gases de combustão e o utiliza para pré-aquecer a água até uma temperatura próxima da ebulição.
As superfícies internas de caldeiras de recuperação ficam facilmente incrustadas, então o fluxo dos gases utilizado costuma ser na vertical, de preferência em sentido contrário ao da passagem da água.
A água do economizador é utilizada para gerar arrefecimento ou dessuperaquecimento do vapor. A água então flui para o tubulão de vapor, onde água e vapor são separados por gravitação, ciclones separadores e screens. Downcomers, que nada mais são do que tubulaçõesdescendentes, levam água saturada até as superfícies evaporativas.
11.7.1.4. Sistemas de licor negro e cinzas
O licor negro é bombeado do tanque de licor negro concentrado e passa por uma tubulação que faz a injeção do mesmo para a fornalha.
A função dessa tubulação é de garantir uma vazão igual para todos os injetores. Em alguns casos, as cinzas do precipitador são misturadas ao licor de teor sólido de aproximadamente 50% e enviadas ao sistema de evaporação. Esse sistema de recuperação de cinzas ajuda na operação com alto teor seco.
O sistema de licor deve fazer medições de vazão, temperatura e pressão. Para o controle de temperatura utiliza-se um aquecedor de licor, que pode ser feito diretamente com vapor ou indiretamente com trocadores de calor.
O sistema deve ser realizado com diversas recomendações padronizadas e de segurança, para evitar falhas no sistema e riscos de incêndio e explosão interna ou externamente.
As cinzas necessitam de sistemas de transporte por roscas ou outros sistemas e seu fluxo é controlado com alimentadores rotativos. Elas podem ser manipuladas em estado seco ou diluídas
De acordo com o CBC Indústrias Pesadas S.A. (1985), o sistema de injeção de licor negro apresenta seis bicos de injeção de licor para a fornalha. A pressão de injeção varia de 34 0,6x10⁷ a 1,0x10⁷ kgf/m²kg e temperatura de aproximadamente 125°C. As lanças e o bico são fabricados em AISI-316L ou equivalente.
11.7.1.5. Sistemas de óleo ou gás natural
De acordo com Vakkilainen (2005), sistemas utilizados para os procedimentos de partida e parada podem utilizar um ou mais combustíveis.
Cada combustível utilizado requer seu próprio sistema fechado. Sistemas de óleo possuem sistemas de segurança internos. Cada queimador precisa de um monitoramento de chama próprio. Arranjos com válvulas duplas podem ser utilizados para garantir o fechamento da linha de óleo.
Para óleo combustível pesado, é preciso diminuir sua viscosidade através de aquecedores. Para garantir atomização suficiente, ar pressurizado ou vapor são utilizados.
Caso gás natural seja utilizado como combustível, um sistema de ventilação é utilizado para impossibilitar vazamentos de gás para a fornalha. A utilização de gás natural é mais interessante para os operadores da caldeira por apresentar um tempo de resposta maior durante a queima do que o óleo.
11.7.1.6. Sistemas de licor verde
A mistura de matéria inorgânica fundida em água gera calor. Esse calor deixa o tanque em forma de vapor, que pode carregar partículas de licor.
Para evitar formação de grande volume de gases, cinzas são utilizadas em mistura com líquido alcalino.
O smelt que deixa a caldeira é resfriado por água a 60°C que circula pelo sistema. Esse sistema, apesar de não muito complexo, requer grande cuidado para evitar o aprisionamento dos gases formados, levando ao aumento de pressão interna do tanque dissolvedor.
11.7.1.7. Sistemas de equipamentos auxiliares
Existem diversos sistemas auxiliares empregados nas caldeiras de recuperação. Sistemas de limpeza de bocais dos níveis de entrada de ar, pirômetros para medição de temperatura, ventilação de ar, pré-aquecedor de vapor, entre outros.
O precipitador eletrostático é um sistema auxiliar de grande importância. Gases de combustão carregando cinzas fluem por superfícies coletoras. 35 fios suspensos sobre superfícies onde as cinzas se acumulam são carregados negativamente (eletrodos), enquanto que as superfícies são carregadas positivamente (cátodos).
Assim, as cinzas ficam eletricamente carregadas, sendo atraídas pelas superfícies onde acabam se depositando. O tanque de mistura recebe cinzas do precipitador eletrostático, dos economizadores e da caldeira, misturando-as com licor negro com teor entre 50 e 65%.
As cinzas de caldeiras de recuperação são ricas em químicos reutilizáveis, principalmente sulfato de sódio. Entre 5 e 12% do fluxo de teor seco do licor negro está nas cinzas. Maiores fluxos de cinzas correspondem a maiores teores secos do licor.
O licor negro do tanque de mistura era reenviado para a caldeira em sistemas antigos. Hoje, ele é enviado primeiramente para a evaporação para não enviar licor de baixo teor seco ao sistema.
A mistura deve ser feita seguindo parâmetros exatos, pois se a quantidade de teor seco dentro do tanque for maior ou menor que a recomendada, pode-se ter problemas de dificuldade de retirada de licor do misturador ou problemas de incrustação na evaporação.
A mistura de cinzas com licor ocorre a uma temperatura considerável, gerando formação de gases não condensáveis que devem ser retirados do tanque de maneira apropriada. A temperatura de operação do tanque de mistura é de aproximadamente 115°C e todas as suas superfícies são insuladas para evitar condensação e entupimento.
11.7.2. Calcinadores
Para se converter licor verde em licor branco, a cal é um componente essencial. Ela é misturada a água e então adicionada ao licor verde, reagindo e transformando-o em licor branco.
A cal adicionada não é perdida, pois ela será regenerada no forno de cal. Os caustificadores juntamente com os equipamentos da queima, formam o chamado ciclo da lama.
Figura 8: Calcinador
O objetivo principal da calcinação é regenerar a cal.
A cal regenerada servirá de químico auxiliar no processo de regeneração do hidróxido de sódio e sulfeto de sódio.
Figura 9: Forno de Cal.
11.7.2.1. Forno de cal
Tubo de aço de grandes dimensões, revestido internamente com tijolos refratários.
Possuem leve inclinação, que facilita o movimento do fluido no interior do tubo.
Temperatura interna na zona de queima acima de 1000ºC.
Velocidades típicas: 0,5 a 2 RPM, com controle de velocidade.
Possui sistema de emergência para evitar parada do forno quando quente.
Tempo de retenção do fluido dentro do forno entre 2 e 4 horas.
Figura 10: Calcinação
Figura 11: Partes de um calcinador.
11.7.1.
11.7.2.
11.7.3. Lavagem de poupa marrom
O produto da etapa de polpação é composto por fibras de celulose e o licor preto diluído. Neste licor, encontram-se impurezas como compostos inorgânicos e orgânicos oriundos da matéria-prima (madeira), tais quais a hemicelulose, lignina e carboidratos, além do licor de cozimento e particulados residuais considerados contaminantes.
Dessa forma, o licor passa por uma etapa de lavagem da polpa definida como uma separação heterogênea entre o meio fluido (licor negro) e meio com particulados sólidos (polpa celulósica), a mesma ocorre através de um meio filtrante que permite apenas a passagem da fase fluido. No caso da Lavagem da Polpa Marrom, há a separação do licor preto diluído da polpa de celulose e a eficiência dessa etapa deve-se a uma conformidade das características da polpa quanto a etapas posteriores, como a de branqueamento (quando necessária) ou a de secagem da polpa, utilizando a menor quantidade de água limpa ou recirculada do processo.
Dentre os principais objetivos dessa etapa estão a remoção de materiais orgânicos oriundos da madeira e dos compostos inorgânicos insolúveis presentes no licor proveniente da etapa de cozimento, além da recuperação de constituintes substâncias presentes na madeira para uso como combustível, com o menor emprego de água permitido. É relevante um controle eficaz do volume de água devido ao excesso causar um maior consumo de energia para evaporação durante a recuperação de sais no licor preto diluído, enquanto a falta resultaria em uma maior necessidade de produtos químicos no branqueamento e geraria inconvenientes na produção do papel.
Essa etapa é de grande importância devido a uma redução na necessidade de químicos em etapas posteriores (branqueamento) e consequente diminuição: do custo de produção; da emissão de gases poluentes; e da concentração indesejada de compostos químicos presentes em efluentes, que podem ser prejudiciais ao meio ambiente.
Dessa maneira, a polpa retirada dos digestores entra no tanque de descarga constituindo-se basicamente de uma suspensão de fibras (metade da substância seca da matéria-prima) no licor de cozimento(lignina dentre outros componentes da madeira dissolvidos). Para separação dessas fibras do licor com melhor eficiência, analisa-se esse processo nos níveis de micro e macro mecanismos.
Os micromecanismos consideram a presença de licor retido nas paredes das fibras e para remoção do mesmo observam-se os três fenômenos: difusão, compressão e inchamento. A difusão possibilita que as moléculas de licor presentes no interior das fibras se movimentem entre as paredes da fibra com maior eficácia, quanto maior a temperatura (acima de 70ºC), a diferença de concentrações de licor (entre o interior e o exterior das paredes das fibras), menores espessuras do filme de licor ao redor da fibra e menores compostos presentes descrevem uma melhor e mais rápida difusão. No caso da compressão, a prensagem promove uma secagem maior que 18%, algo desejável no processo. Enquanto o inchamento relaciona-se com o pH: quão mais ácido o meio, mais comprimido é a parede da fibra e consequentemente mais fina e mais rápida a passagem do licor.
Ao passo que, ao considerar os macro mecanismos, são discutidos a extração e o deslocamento, onde há basicamente a remoção do licor preto do meio. Enquanto na extração há uma etapa com diluição e mistura e em seguida, remoção desse licor, no deslocamento, se borrifa um líquido sobre a manta celulósica com menor concentração de sólidos solúveis que o licor original, através desse mecanismo, o licor retido na fibra é expulso para infiltração do líquido menos concentrado e então removido para etapa posterior, espera-se deslocamento total do licor contido na manta de celulose. Ambos os mecanismos, são utilizados em lavadores industriais também sob diferentes combinações, porém nenhuma das etapas apresenta eficácia completa na remoção dos sólidos dissolvidos completa em apenas um estágio de lavagem.
Dessa forma, recomenda-se que os estágios (filtros rotativos especiais) nos quais é passada a polpa sejam colocados em série, enquanto a lavagem com o líquido deve ocorrer em contra-corrente e em fluxo cruzado, conforme é apresentado na Figura Y, de maneira que todas as etapas sejam lavadas com um líquido com a concentração de sólidos solúveis sempre menor que o do licor naquela etapa e o último estágio do processo terá melhor qualidade de licor para limpeza. Nessa etapa, a mistura de polpa celulósica e licor negro é espalhada sob uma correia que se movimenta através dos 4 estágios transferindo a lignina e os produtos orgânicos sob o meio filtrante, através de uma filtração a vácuo e aspersão de água de modo uniforme sobre a manta de celulose espalhada na correia. Cada um dos estágios apresentados na Figura Y representa um equipamento da etapa de lavagem no qual podem utilizar diferentes combinações de mecanismos, como: diluição, extração, deslocamento e prensagem da polpa (mais comuns).
Figura 12: Lavagem contra-corrente. Fonte: POLOWSKI, 2012.
Finalizada essa etapa, a polpa limpa é direcionada para o processo de fabricação do papel, enquanto o licor é retirado para ser concentrado e por meio da sua queima, gerar energia.
11.7.3.1. Variáveis do Processo
As variáveis que interferem no processo são apresentadas na tabela 4 abaixo, sendo aquelas destacadas na segunda coluna em negrito como as que mais influenciam na etapa da lavagem.
Características da polpa
Processo de polpação (alcalina ou ácida)
Índice de drenabilidade (ºSR)
Espécie de madeira (coníferas ou folhosas)
Licor (água) para os chuveiros
Temperatura
Distribuição
Modo de aplicação
Formação e espessura da manta de polpa
Taxa de alimentação específica
Consistência na tina
Velocidade de rotação
Variáveis Operacionais
Fator de diluição
Temperatura da polpa
Ar presente na polpa
Teor de sólidos no licor
Malha da tela
Incrustação na tela
Tabela 4: Parâmetros e variáveis operacionais que afetam a eficiência na transferência de massa dos sólidos na lavagem da polpa marrom. Fonte: adaptado de SENAI-CETCEP.
11.7.4. Recuperação Química
A etapa de Recuperação Química tem como principal objetivo a regeneração dos produtos químicos utilizados na etapa de geração do licor de cozimento e se subdivide em outras três: evaporação, caldeira de recuperação e caustificação. Todas estas representadas no fluxograma da Figura 13 a seguir:
Figura 13: Fluxograma da etapa de Recuperação Química. Fonte: MENDES, 2013.
11.7.5. Evaporação
De maneira a reduzir custos com a evaporação da água do licor negro, o teor do líquido deve ser o mínimo, deste modo, a concentração de sólidos secos no licor para a queima na caldeira de recuperação deve ser em torno de 65 a 75% (mais recentemente, há operações com mais de 80% em sólidos), porém o licor chega na planta de evaporação com esses valores por volta de 13 a 18%. Além disso, caso a queima do licor negro riscos de explosões, devido ao contato entre o smelt e a água.
Diante disso, o licor preto diluído que sai da lavagem é encaminhado para o Sistema de Evaporação de Múltiplos Efeitos, cujo intuito é elevar a concentração de sólidos solúveis presentes no licor, resultando no que é conhecido por licor preto forte. Esse sistema se baseia em trocadores de calor (geralmente são de casco e tubos) ligados em série onde ocorre a passagem do licor negro, utilizando vapor como fonte de calor. Dependendo do fluxo, o evaporador pode ser denominado como sendo de filme ascendente (Figura B), caso o licor flua de baixo para cima ou, descendente (Figura C) em fluxos contrários. Sendo este último citado geralmente sendo utilizado em casos de alta concentração de sólidos no licor (acima de 50-55% de sólidos), o que resulta em uma alta viscosidade, impossibilitando caso o processo esteja em fluxo ascendente, porém, a uma temperatura de 125ºC, é possível bombeá-lo mesmo com alto teor de sólidos.
Figura 14: (a esquerda). Evaporador de filme ascendente. Fonte: DIEL, 2013.
Figura 15: (a direita). Evaporador de filme descendente. Fonte: DIEL, 2013.
Na evaporação em um único estágio, admitindo que o vapor entra no evaporador no seu ponto de ebulição, a demanda de vapor é próxima ou supera a de quantidade de água presente no licor que é ebulida. Na verdade, nesse sistema de evaporação de efeitos múltiplos, o vapor produzido no estágio (trocador(es) com uma mesma pressão) n é utilizado como fonte de aquecimento para o estágio n+1. Similarmente, haverá ume economia quanto a um menor consumo de vapor em um sistema de múltiplos efeitos (evaporadores em paralelo) quando comparado a um evaporador com apenas um efeito.
De acordo com a temperatura de alimentação do evaporador, é definida a entrada do licor na alimentação, que pode ocorrer por três formas: direta (Talimentação alta), inversa (Tlicor >Talimentação) ou mista (Tlicor próxima à Talimentação). Outro fator a se observar é a formação de espuma no licor, o que prejudica a troca térmica, por isso, recomenda-se remover o sabão presente no meio em uma concentração de 27 a 30%, temperatura de 60 ºC e utilizando uma alimentação mista. Inclusive, uma maneira de conter esse problema com a formação de espumas oriundo da madeira é a adição de licor mais concentrado no licor fraco. Na verdade, uma outra grande causa de problemas são as incrustações, que podem reduzir o coeficiente global de troca térmica (U) e a taxa de transferência de calor do efeito nos evaporadores, uma solução para este caso é o uso de cinzas e pó oriundos do precipitador (na caldeira de recuperação).
No final da etapa de evaporação, o condensado “sujo” (mais contaminado com componentes orgânicos) passa pela torre de stripping, na qual componentes voláteis (metanol, compostos orgânicos com enxofre) são vaporizados. Se trata basicamente de um vaso no qual os líquidos com os gases descendem no vaso de pressão, enquanto um fluxo ascendente composto por uma mistura de vapor e gases não-condensáveis sobe em contracorrente. Esse equipamento precisa de um fluxo de vapor de 20% do condensado a ser limpo, no entanto grande parte desse vapor é possível ser reaproveitado.
Em suma,o produto de saída da torre de stripping é vapor d’água, metanol (35 a 45%) e compostos contendo enxofre, sendo o metanol plausível de ser removido através de destilação.
11.7.6. Caustificação
Nessa etapa, o licor verde contém basicamente sulfeto de sódio (Na2S) e carbonato de sódio (Na2CO3), sendo este essencial na etapa do cozimento, quando convertido novamente em hidróxido de sódio (NaOH) (MENDES, 2013; DIEL, 2013). Desta maneira, promove-se a caustificação do licor verde através da adição de cal, composto que apresenta na maior parte (90%) da sua composição, o óxido de cálcio (CaO), essa transformação ocorre através de duas reações simultâneas:
CaO + H2O → Ca(OH)2 (1)
Com a reação de hidratação da cal (1) por meio da água presente no licor verde, o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) formado reage com o carbonato de sódio (espécie inerte na etapa do cozimento) na reação de caustificação (2):
Ca(OH)2 + Na2CO3 → 2 NaOH + CaCO3 (2)
Após essas transformações químicas, há a separação física através da filtração, onde são reservados tanto o licor branco para retornar para etapa de digestão da madeira, quanto o carbonato de cálcio, que é retirado sob a forma de lama e encaminhada ao forno de cal para recuperação descrita na reação abaixo (3), sendo esta cal reutilizada na reação de hidratação ou apagamento, o que encerra a etapa de recuperação de reagentes químicos (MENDES, 2013; DIEL, 2013).
CaCO3 → (calor) → CaO + CO2
11.7.7. Deslignificação
A deslignificação é o processo que se trata da retirada da lignina do tecido lenhoso da madeira. A lignina é o polímero que dá resistência mecânica e química e cor a madeira, sendo necessária a sua remoção para a produção de papel.
No processo Kraft a remoção da lignina é feita tradicionalmente pela digestão de aparas da madeira com uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S) em alta pressão e temperatura. A solução de NaOH e Na2S dissolve a lignina que interliga as fibras da celulose. Há também um processo mais recente que é feito com oxigênio e solução alcalina em alta pressão e temperatura seguido de um processo de lavagem, que remove mais lignina e diminui o grau de branqueamento necessário posteriormente.
11.7.7.1. Equipamentos
Figura 16: Digestor.
Os digestores geralmente são descontínuos, com volume variando entre 60 m³ e 180 m³, operam a uma temperatura de 160ºC a 180ºC elevada gradualmente, por 2 a 6 horas a uma alta pressão que pode variar desde 87,02 PSI (5,92 atm) a 116,03 PSI (7,89 atm), dependendo do fabricante. A produção de polpa pode chegar a 1500 t/dia dependendo da linha de produção.
11.7.8. Lavagem de poupa
O produto final da etapa de cozimento, ou de polpação, é a pasta celulósica impregnada de licor residual. A próxima operação é a lavagem da pasta no tanque de descarga com o objetivo de separá-la do licor residual de cozimento.
No processo de lavagem da polpa é separar a polpa do licor negro para eliminar as substâncias residuais, como a lignina alcalina produzida no processo de cozimento, purificar a polpa para peneiramento e branqueamento e separar a polpa do licor negro.
O processo de obtenção da polpa de celulose depende diretamente dos equipamentos de lavagem como difusores, prensas, tambores lavadores e DDW (Drum Displacer Washers). Estes equipamentos possuem, basicamente, a mesma função, no entanto, são utilizados em diferentes partes do processo de obtenção de polpa de celulose. Destacam-se as lavagens após os processos de cozimento, depuração, pré-branqueamento com oxigênio e cada estágio de branqueamento. Os lavadores são, também, utilizados nas máquinas de secagem da polpa de celulose e na máquina papel para lavar e, ainda, aumentar a consistência da polpa celulósica.
Uma etapa de lavagem inadequada da polpa celulósica pode, diretamente, causar problemas na qualidade do produto final (polpa de celulose branqueada) e desvios de processo, como o aumento do consumo específico de químicos na etapa de branqueamento.
Os equipamentos de lavagem são subdivididos em componentes que devem funcionar perfeitamente, de forma a garantir seu bom funcionamento durante todo o período de operação (campanha do equipamento, que normalmente é de um ano). Para isto, é necessária uma estratégia de manutenção bem aplicada.
Lavadoras de alta eficiência, como filtros de pressão, são empregadas para lavagem de polpa com lignina residual. As consistências de entrada para essas arruelas são sobre 4 por cento, mais do que o dobro de um uma lavadora a vácuo convencional, o que reduz a quantidade de solução de diluição a ser bombeada. No entanto, o soprador necessário para pressurizar a lavadora consome a economia de energia elétrica. O resultado líquido é uma melhor lavagem para aproximadamente a mesma necessidade de energia.
A sala de operação é fechada, e a triagem é feita com consistência de 5 por cento. A maior consistência reduz a necessidade de bombeamento. A maior consistência reduz os requisitos de bombeamento. Condensado da fábrica, evaporadores de licor negro são usados como água de lavagem. A necessidade de eletricidade é estimada em 30 kWh/ADt.
11.7.8.1. Lavagem da Poupa de Celulose
O processo de lavagem é a operação fabril onde uma mistura heterogênea de um fluído (licor) e partículas de sólidos (fibras ou polpa) são separadas por meio filtrante que permite a passagem do fluído, mas retém as partículas de sólidos. Envolve, então, o fluxo de um fluído através de um meio poroso.
Boa parte da rentabilidade dos processos químicos alcalinos de fabricação da polpa celulósica está na recuperação do máximo de produtos químicos (sais de sódio: sulfato, carbonato e hidróxido) utilizados no cozimento, bem como no aproveitamento do poder calorífico do material orgânico dissolvido da madeira, na geração de vapor e energia. O material dissolvido que vai com a polpa para o estágio de deslignificação e/ou branqueamento pode prejudicar a deslignificação ou o branqueamento e, ainda, aumentar o consumo de reagentes químicos no branqueamento, com baixa alvura da polpa final ou baixa resistência desta.
Atualmente, as técnicas de lavagem são baseadas na necessidade do fechamento do circuito, a fim de minimizar encargos e problemas com o tratamento de efluentes. A separação de mistura heterogênea é feita através de um meio filtrante, que permite a passagem do fluido, mas retém as partículas de sólidos.
O objetivo do processo de lavagem da polpa marrom são remover a máxima quantidade de materiais orgânicos dissolvidos na madeira e materiais inorgânicos solúveis do licor de cozimento com a mínima quantidade de água limpa ou de recirculação do processo.
O processo de lavagem tem um forte impacto econômico em uma indústria de celulose e papel, por influenciar no consumo de químicos (dióxido 3 de cloro, oxigênio e peróxido de hidrogênio) do branqueamento, afetando desta forma o custo variável de produção.
Foi constatado que o branqueamento sem lavagem entre os estágios de branqueamento é inviável, mesmo com uso de uma prensa. A falta da lavagem entre os estágios resulta na impossibilidade de se obter a alvura desejada na polpa de celulose. Por isso esta etapa tem extrema importância no processo.
11.7.8.2. Equipamentos para lavagem da polpa de celulose
Para fazer a lavagem da polpa, ao final de cada etapa do processo de obtenção de polpa de celulose branqueada, existem equipamentos que desempenham esta função, existem modelos diferentes de fabricante, com um mesmo princípio de funcionamento. Os mais conhecidos são: difusores, prensas, DDW, filtros de tambor.
11.7.8.2.1. Difusores
Difusor é um equipamento que faz lavagem por difusão mantendo a mesma consistência na entrada e saída de massa. É composto por uma peneira concêntrica vertical formada com vários anéis cuja quantidade depende do diâmetro do equipamento, um chuveiro rotativo com bicos entre os anéis da peneira e um raspador para descarga.
A massa é alimentada de forma ascendente passando entre os anéis da peneira, durante a alimentação a peneira sobe lentamente,enquanto os bicos do chuveiro rotativo projetam licor sobre a massa, o licor limpo, projetado, expulsa o licor que está na polpa para dentro da peneira que é extraído por um sistema de bombeamento. A consistência da mesma permanece a mesma, porque a vazão do licor de lavagem é igual à vazão do licor extraído.
Ao passar por toda a peneira, a polpa é depositada em uma canaleta e descarregada pelo raspador para a próxima etapa do processo. Ao final do curso ascendente da peneira, que é feito por cilindros hidráulicos, a mesma desce rapidamente para iniciar um novo ciclo de lavagem. No momento da descida é injetado um licor por dentro da peneira que tem a função de contra-lavagem dos furos da mesma que devem estar sempre desobstruídos para uma melhor eficiência de lavagem.
Figura 17: Difusor.
11.7.8.2.2. Filtros lavadores
Filtros lavadores são equipamentos compostos de uma tina onde a massa é alimentada, um tambor horizontal com uma camisa perfurada e vestido um uma tela de malha mais fina, chuveiros transversais e uma rosca para descarga da massa.
A polpa é alimentada na tina do filtro por meio de um transbordo fazendo com que a parte inferior do tambor fique submersa na polpa diluída. A polpa adere à tela do tambor permitindo somente a passagem do filtrado pela tela. Quando a polpa está exposta fora da tina, chuveiros com filtrado lavam a polpa, e o excesso novamente é sugado para dentro do filtro aumentando a consistência da polpa, a sucção é através de vácuo formado dentro do tambor, por pernas barométricas que fazem o vácuo pelo deslocamento do próprio filtrado por diferença altura. A polpa é destacada do tambor reiniciando o processo.
Figura 18: Filtro Lavador.
11.7.8.2.3. Prensas
Prensas são equipamentos de lavagem tecnologicamente mais avançados e compactos. Compostos de sistema de alimentação, flaps e bacias para conduzir a armazenar a polpa, chuveiros de lavagem, dois cilindros com camisa perfurada, sistema de descarga.
A polpa é alimentada e, geralmente, é distribuída longitudinalmente nos flaps através de uma rosca, passando pelos flaps a massa é comprimida entre o flap e o tambor permitindo a passagem de filtrado para dentro do tambor. Quando a massa está na bacia que fica na região inferior a polpa é lavada com filtrados que saem dos bicos do chuveiro instalados na mesma. Continuando o percurso a polpa passa uma fenda entre os rolos, fazendo que o filtrado seja empurrado para dentro do tambor e, assim, aumentando a consistência da polpa.
Figura 19: Prensas
11.7.8.2.4. DDW
O DDW (DRUM DISPLACER® ou DD Washer) é um equipamento composto de caixa de entrada, um tambor com canaletas divididas por uma chapa perfurada, uma carcaça que envolve o tambor, chuveiros de lavagem que são instalados na carcaça e uma rosca de descarga.
A polpa é alimentada na caixa de entrada e depositada nas canaletas, sobre as chapas perfuradas do tambor que está girando levando a “torta” da polpa para dentro da carcaça. O licor de lavagem é projetado sobre a polpa pelos furos dos chuveiros de lavagem que pressurizam o sistema forçando o filtrado contaminado a passar pela chapa perfurada. A relação da quantidade de licor injetado para lavagem versus a quantidade de filtrado retirado informa o aumento de consistência da polpa durante a lavagem. Ao passar pelos chuveiros de lavagem a polpa é destacada na rosca de descarga.
Figura 20: DDW
11.7.8.3. Processos onde são utilizados equipamentos de lavagem
11.7.8.3.1. Processo de cozimento
Após a descarga do digestor a polpa é lavada com licor, com o objetivo de remover a lignina que já está separada da fibra de celulose. Este processo reduz a necessidade de químicos no branqueamento. Na linha, os difusores W21 e W37 tem a função de fazer o processo de lavagem da polpa após a descarga do digestor.
Figura 21: Lavagem da Polpa Marrom
11.7.8.3.2. Processo de lavagem e pré-branqueamento
Nesta etapa da fabricação, a polpa de celulose é pré-branqueada com oxigênio e a lavagem tem a função e remover o residual de químicos para próxima etapa.
Figura 22: Filtros Lavadores e Difusores
11.7.8.3.3. Processo de branqueamento
Em cada estágio desta etapa a polpa de celulose é branqueada com químicos e entre um estágio e outro a polpa é lavada para remover o residual de químicos que ficou na polpa de celulose.
Figura 23: Prensas e Difusores
11.7.9. Branqueamento
É a purificação da celulose, pois pelo grau de cozimento efetuado a pasta pode conter até 5% de lignina que é responsável a partir de seu teor presente pela tonalidade da polpa ao sofrer variações que vão do marrom ao cinza. A remoção da lignina é necessária não somente para a obtenção de uma celulose pura, mas também para conferir um aspecto de alvura elevado, característica fundamental para proporcionar alta qualidade ao produto final.
O branqueamento da celulose consiste em levar a fibra ao seu estado natural de alvura que é branco. De acordo com o grau de alvura desejado, a eliminação da lignina se faz em vários estágios por razões técnicas e econômicas. Um maior grau com menor degradação da fibra, pode ser alcançado por meio de aplicações de quantidades menores de reagentes de branqueamento em etapas sucessivas, com lavagens intermediárias.
Os principais agentes de branqueamento e a simbologia das etapas de branqueamento são descritos na Tabela 5 a seguir.
Tabela 5: Simbologia das etapas de branqueamento.
ESTÁGIOS
CÓDIGO
PRODUTO QUÍMICO
Cloração
C
Cloro gasoso
Extração Alcalina
E
Soda cáustica
Hipocloração
H
Hipoclorito de Na ou Ca
Dióxido de Cloro
D
Dióxido de cloro
Peróxido
P
Peróxido de hidrogênio
Oxigênio
O
Oxigênio (O2)
Ozônio
Z
Ozônio (O3)
Extração Oxidativa
EO
Soda cáustica e Oxigênio (O2)
Extração Alcalina Com Peróxido
EP
Soda cáustica e peróxido de hidrogênio
Fonte: (USP, 2009).
Desta forma, o branqueamento é definido, portanto, como um tratamento físico-químico objetiva a melhora das propriedades da pasta celulósica. Algumas propriedades relacionadas com este processo são: alvura, limpeza e pureza química. Os parâmetros usuais que medem a eficiência do branqueamento são as propriedades ópticas da pasta (alvura, brancura, opacidade e estabilidade de alvura), relacionadas com a absorção ou reflexão da luz.
As sequências de branqueamento variam em função da disponibilidade de produtos alvejantes e do grau de alvura desejado, podendo variar de simples sequências como a convencional CEH até sequências mais complexas como CEHDED.
11.7.9.1. Variações de Combinação de Branqueamento
Aqui estão listadas, alguns exemplos de como a etapa de branqueamento pode ser combinada e/ou configurada na produção de celulose, de acordo com a finalidade para a qual deve ser obtida.
3 Estágios CEH, significa:
· 1 estágio de cloração;
· 1 estágio de extração alcalina;
· 1 estágio de hipoclorito.
4 Estágios CEDD, significa:
· 1 estágio de cloração;
· 1 estágio de extração alcalina;
· 1 estágio de dióxido de cloro;
· 1 estágio de dióxido de cloro.
11.7.9.2. Mecanismos do branqueamento
A ação dos reagentes de branqueamento, em fase líquida sobre a fibra, depende das seguintes etapas:
· Difusão do reagente em solução, até a superfície da fibra;
· Absorção do reagente pela fibra;
· Reação química;
· Dessorção do reagente excedente da fibra;
· Difusão de produtos de reação para fora da fibra.
A sequência de branqueamento compreende uma série de estágios em diversos reagentes são aplicados. O sucesso de cada operação de branqueamento depende do controle de variáveis interdependentes, que devem ser otimizados para cada estágio.
11.7.9.3. Equipamentos importantes
Cada estágio de branqueamento é conduzido em torres apropriadas, seguido de uma operação de lavagem em filtros lavadores. O monitoramento do número Kappa durante os diversos estágios de branqueamento revela uma pasta de celulose contendo teores decrescentes de lignina, consequentemente, pasta de celulose cada vez mais purificada.
O número Kappa é um método indireto para determinação da lignina remanescente em polpasde celulose. Formalmente, significa o número de equivalentes da oxidação com uma solução de permanganato de potássio (KMnO4) consumidos em reação com a polpa sob condições ácidas rigorosamente definidas (Correia et al. 2019).
11.7.9.4. Tendências atuais do Branqueamento
É importante mencionar que até pouco tempo o cloro era o agente alvejante mais empregado industrialmente. Por possui uma característica química de bom oxidante, o cloro gasoso era introduzido diretamente nos vasos e conferia elevados índices de alvura do material. Porém, o aumento das pressões ambientais tem ocasionado uma redução do seu consumo como agente de branqueamento e o aumento do consumo de outros alvejantes, conforme apresentado na Tabela 6.
Tabela 6: Demanda Mundial de Agentes de Branqueamento (mil toneladas).
Produtos
1988
1993
Cloro
3600
2600
Oxigênio
350
850
Peróxido de hidrogênio
250
450
Clorato de sódio
1300
2200
Fonte: (USP, 2009).
O problema das sequências com alto índice de cloro é a quantidade de compostos organoclorados liberados para o meio ambiente. Esses compostos são agrupados pela sigla AOX (Adsorvable Organic Halogen - Agrupa compostos halogenados não hidrofóbicos mais solúveis em H2O do que em solventes orgânicos e que tem a tendência de serem adsorvidos em substâncias sólidas).
Para se ter uma ideia da quantidade de organoclorados liberados durante a etapa de branqueamento, sabe-se que, por exemplo, numa sequência CEHH ocorre liberação de 3 a 5 Kg de AOX por tonelada de polpa processada. Desta forma, para a obtenção de 50 milhões de toneladas de pasta de celulose são liberados 250 mil toneladas de cloro ligados organicamente, perfazendo mais de 200 compostos identificados, até o momento.
Na escala das pressões ambientais, primeiro houve eliminação do cloro livre ou elementar, sendo adotado sequências (ECF) e depois a exigência da eliminação total do cloro (TCF).
· ECF: Elemental Chlorine Free (isento de cloro gasoso);
· TCF: Totally Chlorine Free (totalmente isento de agentes de cloro, baseados principalmente no uso de O2, O3, H2O2).
A redução de consumo do cloro como agente alvejante, observada nos últimos anos, tende continuar, na medida, que outras soluções vem sendo consideradas, como por exemplo, o uso de enzimas que degradam a lignina, como as ligninases e xilanases. O emprego dessas enzimas tem apresentado resultados bastante promissores, incentivando de maneira crescente as pesquisas na área do biobranqueamento, em diversas instituições brasileiras, como por exemplo, UNICAMP e Escola de Engenharia de Lorena (EEL-USP). Os dados listados na Tabela 7 foram compilados de um trabalho em fase de desenvolvimento pela UNICAMP.
Tabela 7: Ação das enzimas no branqueamento de polpas de celulose.
Tratamento
Nº Kappa
Não tratada (controle)
14,1
Xilanase
12,6
Extração alcalina
11,0
Xilanase + Extração alcalina
10,0
Ligninase + Peróxido de hidrogênio
13,8
Xilanase + Ligninase + Peróxido de hidrogênio
11,9
Ligninase + Peróxido de hidrogênio + Extração alcalina
10,9
Xilanase + Ligninase + Peróxido de hidrogênio + Extração alcalina
9,4
Fonte: (USP, 2009).
11.7.10. Extração – Secagem da poupa
Nesta etapa a polpa branqueada é recebida para que se inicie o processo de secagem da polpa. A celulose branqueada é enviada para um depurador, que tem por objetivo a remoção das impurezas grosseiras e promoção de sua homogeneização. O aceite dos depuradores alimenta o sistema de depuração centrífuga, composto de cinco estágios. A depuração centrífuga é feita em baixa consistência e a água necessária para esta diluição é obtida da máquina de desaguamento e secagem de celulose. A unidade extratora de celulose é constituída da parte úmida (caixa de entrada, sistema de vácuo, prensas, etc.); parte seca (secador, sistemas de recuperação de calor, etc.); da cortadeira e da embaladeira (PIOTTO, 2003).
O principal objetivo desta etapa é retirar a maior quantidade de água da polpa para que seja possível obter folhas de celulose prensadas em forma de fardos. Finalizando o processo os fardos produzidos são encaminhados para o setor de expedição e em seguida o transporte ao cliente.
11.7.10.1. Conteúdo de umidade da folha
O papel, no estado final e durante o processo de fabricação, contém água. A menos que a folha esteja em equilíbrio de umidade com o ambiente, ela terá que perder ou ganhar umidade; isto é, a folha de papel é higroscópica. Este equilíbrio, o qual é característica do tipo de papel, ocorre sob condições normalmente encontradas a um conteúdo de umidade menor que 0,1 kg de água/kg de papel (10%).
A água pode estar presente na folha de papel em diversas formas. Pode estar entre as fibras, sobre a superfície das fibras ou nos vazios entre as malhas das fibras. O aumento do grau de refinação das fibras aumenta a dificuldade de secagem da folha, devido ao fato de que com a refinação rompem-se ligações entre as moléculas de celulose havendo novas ligações destas com as moléculas de água.
11.7.10.2. Ciclo completo de secagem
Na secagem multicilindros a folha é exposta à aplicação intermitente de calor e taxas variáveis de remoção de vapor.
A secagem de folhas em cilindros aquecidos subdivide-se em quatro etapas. A primeira tem duração curta e compreende o período quando a folha entra em contato com o cilindro secador sem estar envolvido pelo feltro. Devido à duração curta deste período, quase não há evaporação, ocorrendo apenas aquecimento. Na segunda etapa, a folha está entre a superfície quente do secador e o feltro; nesta etapa há um rápido aquecimento e o processo de vaporização se inicia. A folha se aquece, estabelecendo uma diferença de temperatura entre seus dois lados. A transmissão de calor no início se faz por meio de condução. A água que está próxima à região em contato com a superfície aquecida começa a se vaporizar, ocorrendo a migração de vapor em direção ao outro lado da folha. Este vapor, quando alcança regiões mais frias, tende a se condensar, aquecendo esta região com o calor liberado. O espaço próximo à superfície do secador é ocupado pela água em fase líquida, que se desloca para lá por capilaridade.
O fenômeno é contínuo, a folha como um todo se aquece e a pressão de vapor em sua superfície aumenta. Como há um fluxo contínuo de calor, a zona de condensação vai-se afastando em direção ao feltro e, em um determinado nível de temperatura na folha, o vapor produzido se condensa no feltro ou, no caso de tecido de malha aberta, passa diretamente ao ar. Dependendo da quantidade de umidade existente no papel, a água líquida pode não chegar mais à superfície do secador, ocorrendo, então, elevação da temperatura nesta região e a zona de vaporização começam, também, a se deslocar para o outro lado. Esta é a etapa mais longa do ciclo. Na terceira etapa, o feltro deixa de envolver a folha e o vapor é liberado das superfícies recém expostas. A temperatura sofre uma queda e a velocidade de evaporação diminui. Na última etapa, a folha se destaca da superfície do secador e libera mais vapor da superfície recém exposta. Isto causa um rápido resfriamento e decréscimo brusco da evaporação. A quantidade de vapor produzido nesta região está em função das condições do ar em movimento, especialmente nos bolsões formados entre os cilindros, a folha e o feltro.
11.7.10.3. Deslocamento da umidade dentro da folha
Muitos fatores afetam a taxa de deslocamento da umidade na folha.
Os fatores que fazem com que as forças motoras movam a umidade na folha são a temperatura do secador, da folha, da tela e do ar; a taxa de evaporação; a pressão na folha devido à tensão da tela; o gradiente de umidade na folha; o conteúdo de umidade da folha e do ar, etc.
As características tais como espessura da folha, estrutura, densidade, tipo e características das fibras, colas, cargas e outros aditivos opõem resistência ao fluxo de umidade da folha.
Em adição a secagem multicilindros, por exemplo, impõe uma reversão muito rápida no deslocamento de umidade, por exemplo, impõe uma reversão muitorápida no deslocamento de umidade. A figura 24 mostra um deslocamento de umidade dentro da folha de papel.
Figura 24: Sistema de secagem do papel.
Os fatores que afetam a secagem das folhas são as seguintes:
· gramatura da folha;
· velocidade da máquina;
· natureza da folha e sua umidade na entrada da secaria;
· conteúdo de carga: quanto mais alto, mais rapidamente seca a folha porque a carga não absorve água;
· grau de refinação da polpa;
· tipo de polpa utilizada e tipo de papel a ser fabricado;
· umidade final prevista;
· projeto da máquina de papel;
· quantidade e dimensão dos secadores;
· espaçamento entre os cilindros secadores;
· presença ou ausência de telas secadoras;
· grau e tensão das telas secadoras;
· pressão e temperatura do vapor usado nos secadores;
· utilização de ar aquecido, de alta velocidade nos espaços livres entre cilindros
· secadores;
· controle de pressão diferencial;
· tensão na tela secadora;
· limpeza das telas secadoras.
· limpeza das superfícies internas e externas dos cilindros secadores;
· presença de um sistema de ventilação ou retirada de vapores liberados na secaria;
· retirada constante do condensado e dos gases inertes;
· presença de coifas (abertas ou fechadas);
11.7.10.4. Processos de secagem
11.7.10.4.1. Secagem multicilindros
O processo de remoção de água da folha na seção de secagem é feito segundo uma função que depende da superfície efetiva de secagem e da massa de água evaporada. Neste processo, se define perfeitamente o espaço da seção de secagem no qual ocorre o aquecimento da folha úmida e onde começa a evaporação.
Figura 25: Secagem multicilindros.
A secagem por evaporação se constitui no mais caro processo de remoção de água com a qual estamos envolvidos. A operação apropriada da seção de secagem é extremamente importante e se reflete diretamente em termos de custo para cada tipo de papel. O objetivo dos sistemas de controle de vapor e condensado é o de fornecer um controle efetivo e eficiente do vapor para os secadores e o de uma remoção positiva e controlada do condensado e do seu retorno à caldeira. Estes sistemas se tornarão fáceis de compreender se as várias partes que os constituem forem consideradas separadamente. Nós analisaremos estes sistemas cada um a seu tempo.
Neste setor do processo a retirada da água torna-se mais difícil, pois a massa de água que se encontrava na superfície da folha já fora retirada por processo mecânicos, drenagem e prensagem, restando somente a massa de água por entre as fibras do papel. Como vimos anteriormente, apenas 1,4% do desaguamento é extraído na secagem, o que pode parecer incoerente quando comparamos as dimensões deste com os outros setores do desaguamento, entretanto, a força de coesão entre as moléculas de água, e destas com as fibras do papel, dificultam extremamente sua retirada, sendo necessário fornecer quantidade de energia para que esta massa de água mude de estado líquido para o gasoso, e como esta energia não pode ser fornecida em grande escala sem causar danos às fibras do papel, necessitamos de uma área de contato entre a folha e a fonte de energia relativamente grande, de modo a proporcionar um acréscimo gradual de temperatura de maneira que a evaporação ocorra sem prejudicar a qualidade do produto.
O gráfico da figura 3 nos permite visualizar o comportamento da folha no setor de secagem, onde temos as curvas de evaporação específica e teor seco ao longo da área de secagem, considerada como sendo a área de contato entre a folha e os cilindros secadores. Como podemos constatar no gráfico, os primeiros cilindros pouco evaporam, pois a massa que hora entra nesta região consome grande parte da energia para elevar sua temperatura, de maneira que apenas a massa de água superficial, que restou dos processos anteriores, atinge a temperatura de mudança de fase. A folha entra na secção secadora a uma temperatura mais baixa que aquela necessária para a evaporação e a fase inicial da secagem será então para elevar a massa envolvida até uma temperatura de evaporação. Esta tarefa fica normalmente a cargo dos primeiros cilindros (normalmente, de 1 a 4), cuja temperatura é mantida razoavelmente baixa (em torno de 70 a 80ºC), inclusive para prevenir aderência e destacamento de fibras. Esta primeira etapa é normalmente definida como de aquecimento.
Figura 26: Comportamento da folha no setor de secagem.
A maior evaporação específica está situada no centro da área de secagem, como podemos ver no gráfico entre 30 e 70% da área total de secagem, pois a massa de água atingiu a temperatura de mudança de fase e toda a energia fornecida pelo sistema é utilizada para este fim. Tão logo a folha de papel esteja aquecida, a temperatura dos cilindros é aumentada rapidamente, podendo chegar ao redor dos 180 °C para alguns papéis menos sensíveis. Ainda assim, a temperatura da folha não irá além da temperatura de evaporação, pois este efeito a esfria, não permitindo que iguale a temperatura do secador. Esta área é definida como zona de temperatura constante ou zona de evaporação constante, pois a água da folha para evaporação se faz facilmente disponível.
A área seguinte é definida como zona de taxa de secagem decrescente. Nesta zona não há mais água livre. Alguns dos grandes poros já estarão vazios e a área efetiva para a transferência de massa é reduzida e continuará reduzindo-se. Os 30% restantes da área de secagem pouco evaporam, pois, nesta região estamos próximos ao limite do processo, onde para pequenos acréscimos no teor seco necessitamos elevado dispêndio de energia, pois a dificuldade de extrair a água fica ainda maior, uma vez que, o que resta de líquido está bem no centro do aglomerado que compõe a folha.
11.7.10.4.2. Transferência de calor
A energia necessária para a evaporação da água contida na folha é fornecida pelo vapor que se condensa no interior dos cilindros secadores, liberando-a para o sistema. A condensação ocorre à temperatura de saturação do vapor, exceto em raros casos, onde a condensação em gotas ocorre diretamente na superfície interna do cilindro, o vapor se condensa em forma de película ou camada de condensado. Entretanto, nem toda a energia liberada pelo vapor chega até a folha de papel, pois o fluxo de calor deve passar por camadas de materiais de diferentes condutividades térmicas. Vimos que a condutividade térmica é uma propriedade intrínseca de cada material e quanto maior a condutividade térmica, maior o fluxo de calor pelo material, entretanto, quanto maior a espessura do material, menor o fluxo de calor.
Na figura 4 é mostrado o fluxo de energia pelas diferentes camadas que compõem o sistema. A camisa de ferro fundido do cilindro oferece resistência à transmissão de calor e sua espessura está vinculada à resistência mecânica do equipamento, que é um vaso de pressão, e como tal, submetido a rígidas normas de segurança. Entretanto, os metais apresentam boa condutividade e, apesar de espesso, o rendimento da transmissão de calor não sofre grande redução neste estágio. O ponto mais crítico, portanto, no fluxo de energia é a película de condensado que se forma no interior do cilindro pela condensação do vapor. Para melhor ilustrar este problema, basta que comparemos os valores dos coeficientes de condutividade do condensado e do ferro fundido, respectivamente, 0,67 W/mK e 59 W/mK, a grosso modo, podemos dizer que o condensado apresenta uma resistência a condução cerca de noventa vezes maior que o ferro fundido, ou seja, para cada milímetro de película de condensado que permitimos que se forma no interior do cilindro, é como se a camisa do cilindro aumentasse em 90 mm sua espessura.
Por isso, o controle da espessura da lâmina de condensado se constitui num fator importantíssimo de rendimento térmico do sistema. O controle da espessura da lâmina de condensado é feito pelo ajuste da distância da sapata do sifão à camisa do cilindro. Na tabela 15.02 aparecem as resistências individuais relacionadas a cada camada e as respectivas considerações feitas.
Figura 27: Fluxo de energia.
Como filme de condensado bastante reduzido e com o crescente aumento da velocidade das máquinas, nos deparamos com a influência do coeficiente de película que, como já foi visto, elucida que a transmissão de calor é proporcional ao grau de agitação do líquido de maneira que se a velocidade for muito alta há uma tendência das infinitas lâminas de condensado apresentarem velocidades relativas entre si muito baixas, de modo que a eficiência térmica diminui sensivelmente. Para contornar-se este fenômeno podemos utilizar os termoanéis, que nada mais são do que barras chatas metálicas, fixas a camisa do cilindro por intermédio de um anel e molas. Estas barras criam uma turbulência no condensado aumentando o coeficiente de película e, consequentemente, aumentando o coeficiente global de transmissão de calor, melhorando a capacidade de secagem com a mesma pressão de vapor.
É importante acrescentar que o calor é transferido de alguma fonte, tal como vapor para a folha, a fim de prover a energia necessária para evaporação. Como em outros fenômenos de fluxo (eletricidade, por exemplo), uma força motora ou potência aplicada através de uma resistência, causa um fluxo. Neste caso, o potencial é a diferença de temperatura e o fluxo é o calor.
No processo de transferência de calor para a água na folha para causar a evaporação, o calor é também transferido ou perdido para a região circundante. A grandeza desta perda determina a eficiência da utilização do vapor. Obviamente, é desejável manter esta perda em um valor mínimo. Existem três meios básicos pelos quais podem ocorrer a transferência de calor: condução, convecção e radiação. A condução, que é o meio primário na secagem com cilindros, é a transferência de calor entre um corpo ou entre corpos em um contato direto quando não ocorrem movimentos significativos entre qualquer dos corpos. Ele é caracterizado por um gradiente de temperatura em cada corpo através do qual o calor flui.
11.7.10.4.3. Transferência de massa
1.
2.
3.
4.
5.
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7.
8.
9.
10.
11.
11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
11.5.
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11.7.1.
11.7.2.
11.7.3.
11.7.4.
11.7.5.
11.7.6.
11.7.7.
11.7.8.
11.7.9.
11.7.9.1.
11.7.9.2.
11.7.9.3.
11.7.9.4.
11.7.9.4.1.
11.7.9.4.2.
11.7.9.4.3.
11.7.9.4.3.1. Ventilação dos bolsões
A figura 5 mostra um bolsão formado entre os elementos de secagem. Todos os elementos móveis carregam consigo uma camada de ar. As partículas de ar que estão em contato com as superfícies móveis passam à mesma velocidade da superfície, e outras, na medida em que dela se afastam, decrescem a sua velocidade. Superfícies menos lisas, como a do feltro ou tela secadora, levam camadas mais espessas de ar, enquanto a superfície do cilindro secador arrasta menor quantidade de ar. A linha pontilhada indica as camadas de ar e as suas direções. Os pontos D e E assinalam fluxo divergente de ar com desenvolvimento de zonas de pressão negativa. Nos pontos F e C há fluxo convergente e a formação de uma zona de pressão positiva.
Figura 28: Bolsão formado entre os elementos de secagem.
Quando a seção de secagem é vestida com o feltro convencional, pesado e impermeável, as diferenças de pressão não são suficientemente grandes para induzir a passagem de ar através do feltro. Portanto, o ar confinado dentro do bolsão, em contato com superfícies úmidas, tende a atingir a saturação. Este ar saturado, conforme a figura 6, é continuamente levado para o ponto C, que, comprovado experimentalmente, é a região mais úmida do bolsão.
Se na região de secagem usam-se tecidos de permeabilidade elevada, as diferenças de pressão, geradas pela movimentação dos componentes, são suficientemente grandes para fazer o ar atravessar a folha de papel e o tecido. Portanto, há maior ventilação e menor possibilidade de saturação do ar circundante.
A velocidade de remoção de água nas condições descritas é relativamente constante ao longo da secagem. Pode-se notar a baixa taxa de remoção de água no início e no fim do processo; o primeiro fenômeno explica-se com o período de aquecimento da folha, e o último, com a dificuldade crescente da água em se deslocar dentro da folha. Antes da introdução das telas secadoras, a ventilação nos bolsões existentes entre os elementos de secagem era precária formando zonas de ar saturado de vapor de água, o que inibia a evaporação da umidade do papel. Para se conseguir a evaporação era necessário substituir o ar estagnado por um outro mais quente e mais seco. Para isso, introduziram-se sistemas de ventilação de bolsões como o sistema de tubos que insuflam ar quente dentro dos bolsões, sistemas de rolos-guia de feltros que também insuflavam ar quente e o sistema Grevin que consiste em insufladores de ar colocados alternativamente nas partes frontais e traseiras da seção de secagem.
O sistema mais adequado no caso de telas secadoras é o sistema de barras de ventilação colocadas no lado externo dos bolsões. O dispositivo insufla ar seco através da tela secadora, rompendo a cortina de ar úmido que acompanha os elementos móveis. O jato de ar quente é dirigido contra as paredes daqueles rolos situados na entrada das zonas de pressão, induzido pelo movimento dos elementos, retirando o ar saturado. A colocação das barras de ventilação visa dois objetivos: manter a tela uniformemente seca e quente, e promover ventilação nos bolsões, o que ajuda a controlar e corrigir o perfil transversal de umidade do papel.
Figura 29: Sistema de secagem.
As telas secadoras não são necessárias para as folhas suficientemente fortes para manterem-se suficientemente presas aos cilindros. O ciclo de secagem para tais secadores sem tela seria seriam uma só fase contínua, e a evaporação da superfície exposta não seria restringida pela presença da tela. Em adição, é possível melhorar a evaporação utilizando equipamentos auxiliares de aquecimento e/ou ventilação. Quando os cilindros não têm telas por algum outro motivo, mas a folha não é suficientemente forte para envolver-se firmemente sobre o cilindro, tal como em alguns cilindros inferiores na bateria da parte úmida de máquinas de papel jornal, o mesmo ciclo pode ser constatado, mas em taxas grandemente reduzidas, devido à película muito grossa de ar-vapor entre a folha e a superfície do cilindro.
11.7.10.4.3.1.
11.7.10.4.3.2. Coifas
Quando o papel está úmido, grande parte dos capilares contém água em fase líquida, e há pouca resistência para a sua migração às regiões próximas à superfície aquecida do secador, onde deve-se ocupar o espaço deixado pelo líquido vaporizado. Se a região da superfície do secador continuar saturada, a velocidade de evaporação será mantida constante. Mas, quando a umidade atingir um determinado grau em que a água no estado líquido estiver confinada apenas nos capilares mais finos; é necessária energia adicional para vencer a maior tensão superficial. Na secagem da folha, esta transferência é feita pela circulação de grandes volumes de ar, tanto no conjunto da máquina, quanto no prédio. A importância da ventilação está envolvida em primeiro lugar, a eficiência da operação de secagem, e em outros níveis de importância, evitar a condensação do evaporado nas superfícies metálicas, que possam vir a provocar corrosão, gotas d’água sobre a folha, além da evaporação de calor e a prevenção da hidrólise dos polímeros que compõem os tecidos das telas secadoras.
A parte de secagem das máquinas modernas está envolvida por uma coifa que controla o ar saturado de vapor de água. Conhecem-se dois sistemas de coifa: aberto e fechado. O sistema aberto consiste numa capota que cobre a máquina até a altura do eixo dos cilindros secadores superiores. Os painéis das capotas são feitos de alumínio apoiados numa estrutura de aço. Há nessas coifas sistemas de dutos para exaustão e ventilação. O fluxo de ar pode ser automaticamente regulado pela medição da umidade do ar exaurido. No sistema fechado, a coifa cobre totalmente a máquina, inclusive o pavimento inferior, onde se abrigam os equipamentos auxiliares, que acondicionam a tela secadora. O arque circula dentro da coifa pode ser controlado automaticamente, quanto à umidade, temperatura, taxa de recirculação e renovação. Para a renovação retira-se uma pequena quantidade de ar do ambiente, insuflando-a nos dispositivos de ventilação dos bolsões, para a secagem de telas e para formar cortinas de ar na parte inferior da coifa. Algumas vantagens do sistema fechado são: redução do consumo de vapor, redução dos volumes de ar envolvidos nas operações de alimentação e exaustão (pois, o confinamento de ar na capota o conserva mais quente e seco), maior uniformidade do perfil transversal de umidade da folha, melhoria da eficiência da máquina de papel e melhoria das condições de trabalho. Na figura x aparece uma coifa fechada para o controle de ventilação na secagem.
Figura 30: Coifa fechada.
11.7.10.5. Telas secadoras: características e condicionamento
11.7.10.5.1. Histórico das telas secadoras
Desde a invenção dos cilindros secadores, a grande preocupação dos papeleiros tem sido melhorar a eficiência de secagem. Primeiramente, foi testada a fibra de lã, mas por ser uma fibra natural, seu custo era muito elevado. Daí pensou-se num substituto, aparecendo assim o algodão, do qual foi feito um feltro secador de várias lajes, para aumentar sua durabilidade. Por outro lado, a técnica de secagem continuava melhorando, novas máquinas apareceram, mais altas temperaturas de operação foram introduzidas e, portanto, o desenvolvimento dos feltros devia acompanhar aquela evolução. Um novo conceito apareceu no ano de 1.920, com a aplicação de fibras de asbestos para resistir às mais altas temperaturas. Algumas outras fibras foram testadas entre os anos 1.920 e 1.940, por exemplo: linho, mas sem resultados positivos, ficando no final o algodão, lã e asbestos, como os melhores. Mas, no ano de 1.949, apareceram algumas fibras sintéticas como o Dracon, atual poliéster ou .teryline. e .nylon. (poliamida). Também a técnica de agulhamento no ano de 1.950 deu aos fabricantes de vestimentas de máquinas de papel uma nova possibilidade de melhorar o desempenho dos feltros secadores. O maior desenvolvimento foi nos anos 1.960 a 1.961, quando foram instaladas as telas sintéticas na seção de secagem. O resultado foi a maior eficiência de secagem e trouxe vários pontos favoráveis para a indústria papeleira, dentre as quais máquinas de maior velocidade e novas técnicas de ventilação.
1.
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11.7.10.5.1.
11.7.10.5.2. Função da tela secadora
As funções da tela secadora numa seção de secagem poderiam resumir-se nos seguintes pontos:
Suportar e guiar a folha de papel através dos cilindros secadores;
Melhorar a secagem do papel através dos seguintes pontos: a maior tensão com que se trabalha, melhorando a área de contato entre cilindro e papel, e maior e mais livre passagem de vapor de água (evaporação);
Melhorar o acabamento do papel através de estilos mais sofisticados como a tela mais plana que, além de melhorar a área de contato, tem uma superfície mais suave;
Melhorar o perfil de umidade da folha de papel, fato explicado acima e provado na prática com alguns estilos;
Controlar ou diminuir o encolhimento para cerca de 1%, no caso das telas secadoras que trabalham com altas temperaturas (9 kgf/cm2 de pressão de vapor), podendo ser ainda menor com baixas temperaturas (4 kgf/cm2 de pressão de vapor).
11.7.10.5.3. Tipos de telas secadoras
A definição do estilo correto para cada aplicação depende das características de cada máquina e tipo de papel a fabricar. Portanto, os engenheiros técnicos discutirão seus requerimentos e poderão indicar o estilo mais adequado para as necessidades técnicas de cada caso em particular.
Com base na figura 31, alguns estilos são mais recomendados:
· estilos A e B: com 100% PE poderá ser usado em máquinas para papéis. kraft., de alta e baixa velocidade;
· estilos A, B e C: para máquinas de papéis. kraft.,kraftliner., de alta e baixa
· velocidade;
· estilos B e C: para máquinas de papéis finos, de alta e baixa velocidade;
· estilos B e C: para máquinas de papéis finos, cartolinas, papel para cigarro, etc.
·
Figura 31: Telas secadoras.
As telas secadoras com maior área de contato representam uma maior eficiência de secagem. Define-se como a quantidade de pontos de contato que a tela faz com o papel, quando este passa pelos cilindros secadores. Esta quantidade de pontos de contato mede-se em pontos de contato por polegada quadrada ou por centímetro quadrado. A figura 32 mostra uma tela normal e uma tela com superfície mais plana.
Figura 32: Tela normal e tela com superfície mais plana.
É evidente que, quanto maior é o número de pontos de contato por unidade de área, maior é a transferência de calor do cilindro para a folha de papel e, portanto, a transferência de massa será maior.
Atualmente, o desenho de telas secadoras tem como domínio as estruturas com 100% de monofilamentos. As primeiras pesadas lonas secadoras feitas com algodão e telas agulhadas com fibras de lã e poliéster fazem parte da história. Modernas estruturas de monofilamento substituíram por completo as telas tecidas com multifilamentos. As estruturas básicas de tecimento para as telas atuais são de 1, 1 e ½ ou 2 lajes. 2 e ½ ou três lajes são estruturas muito raramente utilizadas. Diferentes valores de permeabilidade são o resultado de alterações na densidade dos fios transversais. Os fios longitudinais predominantes nos modernos desenho de telas secadoras são fios de forma retangular.
Estes fios asseguram maior área de contato da folha de papel à tela e aumenta as propriedades aerodinâmicas da sua superfície. Telas com 100% de monofilamento cobrem uma faixa de permeabilidade que vai de 1.000 a 14.000 m3/m2h (60 a 800 CFM). Fios de enchimento macios (multifilamentos ou fiados) algumas vezes têm sido usados no tecimento de telas de baixa permeabilidade ou em telas que necessitam uma superfície mais macia.
A contrapartida ao desenho de telas tecidas tem sido as telas de construção a partir de espirais. É essencialmente uma construção do tipo sem fim, obtida através da unção de vários monofilamentos em forma de espiras helicoidais. O fio de união (similar ao fio de união de uma tela tecida, também de monofilamento) passa através dos olhos. Formados quando duas espiras helicoidais são colocadas uma dentro da outra. Desta forma, as espirais são orientadas na direção transversal. Telas espirais são disponíveis também em uma grande faixa de permeabilidade. Redução na permeabilidade é obtida através da introdução de fios dentro do espaço aberto das espiras, na direção transversal. O desenho das telas espirais tem sido extensivamente utilizado na aplicação de telas para papel do tipo kraft, como também em algumas aplicações específicas para papéis de impressão e escrita.
11.7.10.5.4. Limpeza de telas Secadoras
A limpeza das telas secadora é o segundo item mais importante no desempenho deste tipo de vestimentas. A permeabilidade e a limpeza andam de mãos dadas, ou seja, se a tela está suja, a permeabilidade é reduzida, o mesmo acontecendo com sua eficiência. As telas podem estar parciais, irregulares ou totalmente entupidas pela sujeira. O único modo de corrigir é limpar a tela. Alguns problemas encontrados em telas sujas são:
· perda da produção de 5 a 10 % em máquinas limitadas pela secagem;
· um perfil com maior umidade no centro;
· aumento do consumo de vapor;
· faixas úmidas no papel;
· umidade desuniforme, causando problemas na calandra e enroladeira;
· formação de bolhas e fichas no papel em posição de monotela;
· papel desclassificado por soltura de impurezas que se encontravam aglomerados sobre a tela.
Sujeiras e pitchs que aderem sobre os monofilamentos fazem com que a tela tenha uma aparência desagradável. Em laboratório uma tela pode ser limpa, de modo a ter de volta praticamente a suapermeabilidade original. Na máquina a limpeza não alcançará tal grau, mas será bastante eficaz.
Existem vários métodos para se limpar telas:
· escova;
· chuveiro na largura total;
· chuveiro de alta pressão / leque na largura total;
· chuveiro de água / ar de bico único;
· chuveiro de vapor.
Atualmente, todos os métodos mencionados são utilizados em diversas partes do mundo. Deve-se fazer a identificação dos materiais de entupimento da tela e formular um procedimento de limpeza para desalojá-los. O sistema mais usado é o do chuveiro na largura total.
Um dispositivo de alimentação muito simples pode ser empregado numa parada de máquina. O tanque contém uma solução de soda cáustica e detergente para remover os contaminantes. É importante que o chuveiro seja direcionado para o nip do rolo. O diâmetro do tubo do chuveiro pode ser de 5 a 7,5 cm, com furos de 0,5 cm, distantes entre si, cerca de 10 cm.
A cada 100 a 150 dias a tela é removida da máquina e é passada através de uma solução de soda mais detergente a uma velocidade muito baixa. Duas escovas limpam então a superfície. Em seguida, é submetida a um chuveiro de alta pressão. Um chuveiro tipo leque enxágua a tela e, em seguida, é seca por um chuveiro de ar. Uma vez enrolada, está pronta para voltar à máquina com, praticamente, a permeabilidade original. Quais são seus benefícios com a limpeza das telas secadoras? Primeiro, a qualidade de sua folha de papel melhora, com menos listas, redução dos defeitos da folha, e melhora o perfil da folha. Em seguida a própria tela secadora. Você terá menos desgaste para um maior tempo de uso e menos entupimento mantendo assim a permeabilidade da tela. O próximo é sua seção de secagem como um todo. Aqui, você verá uma performance mais consistente da seção de secagem, melhorando a transferência de calor, melhorando os bolsões de ventilação, e reduzindo o uso de vapor e custo de energia. Pode-se evitar paradas desnecessárias. E melhor de tudo, um sistema efetivo de limpeza das telas secadoras rapidamente pagará pelo seu custo. A figura 10 ilustra possíveis localizações para chuveiros de limpeza.
Figura 33: Localizações para chuveiros de limpeza.
11.7.10.6. Cinética da secagem
Em qualquer processo de secagem a forma com que a fase líquida é transportada do interior do sólido para sua superfície e, consecutivamente, sua difusão para o agente secante, influência significativamente na taxa de secagem e nas variáveis operacionais dos secadores como, por exemplo, a velocidade do fluído secante, umidade relativa e temperatura.
A secagem pode ocorrer através de três maneiras distintas, dependendo das taxas de transferência do vapor da umidade para o fluído secante e do transporte de umidade no interior do material sólido: (a) evaporação da camada líquida na superfície do sólido; quando a taxa de difusão do líquido no interior da matriz é maior que a taxa de evaporação da camada líquida na superfície, (b) evaporação na superfície do sólido; quando a taxa de difusão do líquido no interior da matriz é menor que a taxa de evaporação da camada líquida na superfície, (c) evaporação no interior da matriz; quando a taxa de difusão do líquido no interior da matriz é menor que a taxa de evaporação e seu transporte até a superfície do sólido.
Assim, a complexidade do processo de secagem reside no fato da operação compreender, principalmente, transferências de massa e calor de forma transiente e simultânea. Além destes, outros processos podem ocorrer durante a secagem de um material, como transformações físicas e químicas, que por sua vez influenciam nas taxas de transporte de massa e calor, e, por consequência, na taxa de secagem.
Em linhas gerais, o estudo de um processo de secagem (perfil de secagem) consiste na análise das variações do teor de umidade médio ao longo do tempo, podendo também ser avaliada a variação da temperatura ao longo do processo. Já os estudos de cinética de secagem possibilitam a obtenção de dados relativos à taxa de evaporação, períodos de secagem, consumo de energia, entres outros, fundamentais para a modelagem de processos e secadores.
Os processos de secagem, na maioria dos casos, são caracterizados por variações típicas do teor de umidade em função do tempo e da taxa com que o solvente é retirado do material (taxa de secagem). Tais variações típicas delimitam os períodos que constituem o processo e, consequentemente, as diferentes taxas de secagem ao longo do processo, as quais podem ser determinadas pela equação (1) e identificadas pelo seu comportamento quando apresentadas na forma gráfica, conforme demonstrado na Figura 34:
onde: R é a taxa de secagem (massa de umidade por unidade de área por unidade de tempo), A é a área superficial do sólido em contato com o agente secante, m é a massa de umidade, M é a massa de sólido seco (kg água/kg sólido seco), X é a umidade do sólido (massa de umidade por massa de sólido seco) e t é o tempo.
Figura 34: Curvas típicas de processos de secagem à temperatura e umidade relativa constante: (a) umidade em função do tempo; (b) taxa de secagem em função do tempo; (c) taxa de secagem em função da umidade. Seções A-B: etapa inicial de secagem; B-C etapa de secagem a taxa constante; C-(E)-D: etapa de secagem a taxa decrescente (DINCER; ZAMFIRESCU, 2016).
A determinação da taxa de secagem constante e decrescente com perfil linear são facilmente correlacionadas com a primeira equação. Já a cinética de secagem decrescente de perfil não linear é frequentemente associada ao fenômeno difusivo no interior do sólido, representado pelo modelo de Fick, conforme equação:
onde DL é o coeficiente de difusão do transporte de massa, x é a meia espessura do material.
Este tipo de difusão é típico do último estágio de secagem do conteúdo de água ligada presente em materiais como a madeira e o papel.
A solução analítica do modelo difusivo é derivada por Crank , em que a difusividade e as propriedades do sólido são consideradas constantes, o conteúdo de umidade inicial uniforme no interior do sólido, e os efeitos do encolhimento desprezíveis. Aplicando condições de contorno e inicial às quais um modelo de placa infinita está sujeito, conforme descrito por Perazzini, obtêm-se a expressão para a geometria plana:
onde 𝑋𝑒𝑞 é a umidade de equilíbrio e 𝑋𝑖 é a inicial do período de taxa de secagem decrescente e UR é a umidade livre normalizada.
Salienta-se que o coeficiente DL representa a difusão efetiva da massa de água no processo secagem, levando em consideração tanto o transporte difusivo do líquido quanto o do vapor. Outros mecanismos de transportes, quando presentes, como capilares e fluxos hidrodinâmicos devido a gradientes de pressão, também são representados pelo coeficiente. Além disso o coeficiente de difusão é uma função da umidade contida no material e da temperatura, devendo o seu valor ser obtido experimentalmente, e ser considerado uma representação empírica do período de taxa decrescente do processo. A relação amplamente utilizada na literatura para se estimar o efeito da temperatura no coeficiente de difusão efetiva (DL) é a de Arrhenius, descrita pela equação:
onde 𝐷0 é o fator de Arrhenius, geralmente definido como o coeficiente de difusão de referencia a temperatura infinitamente alta, 𝐸𝑎 é a energia de ativação para a difusão, 𝑅 é a constante universal dos gases, e 𝑇𝑎𝑏𝑠 a temperatura em escala absoluta.
Uma análise um pouco mais simplificada do comportamento de secagem pode ser realizada utilizando-se os modelos semi-teóricos, que também são desenvolvidos a partir da segunda lei de Fick utilizando-se de modificações das formas simplificadas da equação, enquanto outros são derivados por analogia à lei de resfriamento de Newton. Estes modelos são mais simples, não necessitando de tantas suposições quanto necessárias pelos modelos teóricos, já que dependem de dados experimentais. Por outro lado, são somente aplicáveis às determinadas condições especificas de processo.
Finalmente, uma análise genérica e bem mais simples de processos de secagempoder ser realizada a partir de modelos empíricos, os quais dependem intensamente das condições experimentais e fornecem poucas informações sobre o comportamento do fenômeno no interior do material, sendo assim baseados em dados experimentais e análises dimensionais. Estes modelos são extremamente difundidos na literatura.
11.7.10.6.
11.7.10.7. Equipamentos
Secador flakt, 50 a 90 ventiladores de ar de circulação do secador, 6 a 10 ventiladores de resfriamento, rolo sensor de tensão da folha, rolo de tração e sistema de prensagem de ponta.
Quantidade de ar de reposição e de exaustão: 110,5 kg/h
Temperatura do ar fresco que entra no sistema: 20 - 25°C.
12. TRATAMENTO DE ÁGUA
A indústria de papel é grande consumidora de água, gastando cerca de 12.000 litros para cada tonelada de papel tendo a geração de ter uma grande quantidade de efluentes. O tratamento de água industrial é um processo de tratamento que pretende recuperar a qualidade da água que foi utilizada pela indústria. Um sistema que vêm sendo empregado na produção de papel é o processo Kraft em que temos a característica de ser um importante consumidor de água, pelo fato de captar uma quantidade considerável e por consequência, gerar uma grande vazão de efluentes que retornam aos corpos d’água continuamente.
O tratamento de água no processo de fabricação de papel é de extrema importância econômica e ambiental. Menor necessidade de água fresca no sistema da máquina de papel corresponde à redução da demanda de tratamento de água no processo e melhor aproveitamento do recurso hídrico retirado da natureza. Menor quantidade de água em circulação no processo proporciona redução da quantidade de efluentes líquidos diminuindo a demanda sobre a estação de tratamento de efluentes.
A água na indústria de papel e celulose é utilizada em várias etapas, como na lavagem de toras e cavacos, meio de transporte de fibras, polpação, branqueamento, sistemas de resfriamento, limpeza, dentre outros. Após passar por essas etapas a água adquire elevadas concentrações de matéria orgânica e de substâncias muitas vezes tóxicas, compostos orgânicos e inorgânicos de cloro, tornando-se uma importante fonte de poluição.
Essas fábricas de papel e celulose produzem quantidades significativas de água residual e lodo residual, desde a digestão inicial da polpa até a polpa e a lavagem da maquinaria de fabricação de papel. Pelo menos 80% do processo de operações de fabricação de papel inclui sólidos suspensos, demanda química de oxigênio (COD), traços de metais pesados, compostos orgânicos clorados recalcitrantes, demanda biológica de oxigênio (BOD), cor e bactérias, entre outros.
Na fabricação do papel, uma quantidade substancial de pequenas fibras é carreada, através das peneiras da fabricação pela água usada no processamento. É inevitável que pequena parte dessas fibras se perca no efluente, junto ao material fibroso é perdido também materiais de “carga” caulim e outros componentes. O carreamento das fibras e do material de carga constitui não apenas um desperdício, mas também fator de poluição dos cursos d’água, transmitindo cor e turbidez, formando bancos de lodo que se decompõe anaerobicamente com produção de odores desagradáveis, onde as fibras orgânicas aumentam a DBO - Demanda Bioquímica de Oxigênio.
A origem das impurezas pode ser avaliada de acordo com as seguintes possibilidades:
Introduzidas juntamente com a água de reposição: presentes na polpa seca ou na suspensão de fibra que é alimentada no processo. Dentre as operações que exercem influência na qualidade da polpa, pode-se citar a de lavagem que, se realizada de uma maneira insuficiente, contribuiu significativamente sob o teor de detritos dissolvidos e coloidais presentes na suspensão.
Desenvolvidas na operação de refino: de acordo com o uso final do papel, este pode necessitar de significativas propriedades de resistência. Os resultados de uma operação de refino em condições intensas são a formação de partículas sólidas, finos e também de materiais orgânicos dissolvidos.
Agravadas pela água branca: No processo de fabricação do papel, o efluente resultante da máquina de papel é conhecido como “água branca” e sua composição depende de fatores como: matéria prima, papel fabricado e tipo de máquina utilizada. De maneira geral a água branca contém partículas orgânicas e inorgânicas dissolvidas. A água branca tem sua composição variável ao longo do processo. Tipo da máquina; tipo da matéria-prima podendo ser fibrosa ou não; dimensão das aberturas da tela formadora e intensidade do vácuo aplicado na máquina de papel são os fatores que influenciam na composição da água branca. A composição da água branca influencia diretamente na qualidade do papel, sendo fundamental que as suas características se mantenham estáveis. A água branca possui uma elevada concentração de fibras, finos de fibras e também carga mineral. Esta água apresenta diversas impurezas, estando presentes sob a forma de sólidos suspensos, substâncias coloidais e dissolvidas.
A recuperação de água e fibras do processo de fabricação de papel, particularmente do sistema da máquina de papel, se configura em operação de importância econômica e ambiental. Fibras recuperadas significam aumento da eficiência das fábricas de papel, pois a mesma quantidade de papel é produzida com menor desperdício de fibras. Ao mesmo tempo o melhor aproveitamento das fibras se traduz em uso mais eficiente da matéria-prima vegetal. Menor necessidade de água fresca no sistema da máquina de papel corresponde à redução da demanda de tratamento de água no processo e melhor aproveitamento do recurso hídrico retirado da natureza. Menor quantidade de água em circulação no processo proporciona redução da quantidade de efluentes líquidos diminuindo a demanda sobre a estação de tratamento de efluentes.
Em geral, o efluente apresenta altas concentrações de demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio de cinco dias (DBO5), sólidos suspensos (SS), cor e toxicidade. A DBO5 se origina de compostos facilmente biodegradáveis, tais como carboidratos e ácidos orgânicos. A cor e a toxicidade resultam da presença de compostos ligníficos e seus derivados fenólicos de alto peso molecular. No caso de efluentes originados no processo de branqueamento, a toxicidade pode ser atribuída aos compostos fenólicos clorados.
Durante a produção do papel temos que verificar se a presença de contaminantes no processo respeitam o balanço de massa deste sistema, sendo intimamente relacionados à formação ao papel e à eficiência de retenção sob a tela formadora. Antes que a formação tenha início, ocorrem as reações de neutralização e de adsorção na suspensão fibrosa. A eficiência destas reações determina também as características das impurezas presentes na água branca.
Caso os efluentes não sejam retirados da água branca podemos ter os seguintes problemas. Dentre estes se podem citar:
Formação de deposições nas linhas e equipamentos;
Desenvolvimento de incrustações nas linhas e nos equipamentos;
Geração de espuma em tanques e reservatórios;
Variações de nível de tanques e reservatórios, ocasionados pela presença de espuma;
Crescimento da presença de microrganismos em todo o sistema, condição agravada pelas características de umidade, calor e matéria orgânica encontrados no circuito da máquina de papel;
Perda de qualidade em todas as propriedades do papel.
Um fato marcante observado durante a produção de papel é o surgimento de alguns dos problemas descritos acima de forma paralela. Este evento é justificado pela interdependência observada entre algumas destas dificuldades. Outro ponto a ser observado é a constituição da força iônica da suspensão. Esta força é gerada pela presença das substâncias inorgânicas presentes sob a forma de íons. Para o monitoramento adequado da presença de substâncias presentes na água, a indústria recorre à avaliação da demanda catiônica, a qual informa o teor de substâncias coloidais e dissolvidas, a condutividade, que demonstra o teor de eletrólitosdissolvidos na água.
As indústrias de papel e celulose tem cada vez mais preocupando – se com os impactos ambientais e em respeitar as legislações. Faz-se necessário o tratamento adequado do efluente, para que seja melhorada sua qualidade. Deve-se também empregar o tratamento correto e mais eficiente, pois se este efluente estiver contaminado e não receber o tratamento correto pode vir a causar sérios impactos no corpo hídrico receptor, visto que os efluentes oriundos do processo de fabricação do papel são ricos em substâncias recalcitrantes (não biodegradáveis) e matéria orgânica.
As etapas que compõe o tratamento de efluentes oriundos de indústria de papel são:
Pré-tratamento: ocorre a remoção dos sólidos grosseiros, ajuste do pH e temperatura do efluente para posterior tratamento biológico. São utilizados o gradeamento e a desarenação. O primeiro é realizado por grades metálicas que funcionam como uma barreira para os sólidos. Eles acabam sendo detidos por elas e então, retiram-se os sólidos de maiores dimensões. A desarenação tem a função de remover os flocos de areia através da sedimentação. Nessa etapa, os grãos de areia vão para o fundo do tanque por serem mais pesados, enquanto as matérias orgânicas vão para a superfície. Após a floculação, tem-se a decantação primária que separa o sólido (lodo) e o líquido (efluente bruto). Os efluentes passam por decantadores que fazem o lodo ficar no fundo do tanque.
Tratamento primário: os sólidos suspensos que restaram da etapa anterior são removidos quase em sua totalidade nessa etapa, por meio de um decantador primário, o efluente restante passa pelo tratamento secundário. Nesta etapa ocorre a clarificação primária e pode ser necessária para a remoção de sólidos suspensos presentes no efluente de papel e celulose através dos processos da flotação. A flotação é um sistema em que separa as partículas sólidas ou líquidas de uma fase líquida a partir da introdução de pequenas bolhas de gás, normalmente o ar (flotação por ar dissolvido). Essas bolhas aderem à superfície das partículas, aumentando o seu empuxo, assim favorece o movimento ascendente dessas partículas em direção à superfície da fase líquida, podendo então ser coletadas em uma operação de raspagem superficial.
Tratamento secundário: consiste no tratamento biológico propriamente dito, nesta etapa acontece a redução da DQO (demanda química de oxigênio) e DBO (demanda bioquímica de oxigênio), posteriormente a matéria orgânica é processada pela atividade biológica e o lodo gerado 7 nessa etapa passa por processo de sedimentação em um decantador secundário. Como a legislação ambiental está cada vez mais severa, impondo frequentemente mais restrições e padrões quanto ao tratamento dos efluentes para posterior reuso ou descarte, o tratamento terciário vem sendo comumente mais utilizado. Este tratamento é utilizado para remover compostos tóxicos e não-biodegradáveis ou ainda, complementar a remoção de poluentes remanescentes provenientes do tratamento secundário. Dentre os tratamentos utilizados estão às membranas de micro, ultra e nanofiltração, processos oxidativos avançados, adsorção, coagulação e floculação, entre outros. Em seguida, há uma decantação secundária que clarifica a água e separa o lodo restante do processo.
Tratamento terciário: nesta etapa há várias tecnologias que podem ser aplicadas, dentre elas, o processo de separação por membranas semipermeáveis, as quais têm o objetivo de reduzir os sólidos em suspensão, carga orgânica residual, micropoluentes, cor, sais minerais, metais tóxicos, turbidez, nutrientes, entre outros.
O acompanhamento da qualidade da água fornecido pela ETA à área fabril, que, é demonstrada por uma variedade de parâmetros relacionados a seguir:
Potencial de hidrogênio: A determinação do potencial de hidrogênio, pH, é um teste de simples realização, importante ao processo de produção de celulose e papel. O controle operacional da água de todos os consumidores apresenta o pH como variável funcional, seja na operação de uma máquina de papel ou de uma caldeira. Os valores de pH classificam a água como ácida, quando seu valor é menor que 7, neutra quando 7 e básica quando este valor é maior que 7. Cada um dos setores do processo, trabalha numa faixa de pH, esta necessidade vem em função da minimização do processo de corrosão, incrustação, e do rendimento dos processos.
Temperatura: de acordo com a temperatura dos efluentes industriais, seu envio novamente ao processo produtivo da indústria pode alterar a temperatura das correntes deste sistema. Com o acréscimo de temperatura, a operação unitária de bombeamento fica comprometida. Este efeito pode ser observado no sistema de vácuo das máquinas de papel, onde as bombas correspondentes têm sua capacidade de operação reduzida. Outro item influenciado pela temperatura é o desenvolvimento de microrganismos.
Cor: esta variável adverte a presença de substâncias indesejáveis na água. Constantemente, a cor é utilizada para a indicação da presença de substâncias de origem orgânica presente na água. O processo responsável deve fornecer sua água às unidades consumidoras com baixos valores de cor, pois a presença desta trará impactos negativos aos sistemas. Um limite considerado bastante exigente para a cor é aquele utilizado em processos de tratamento de água, os quais devem ser inferiores a 5 ppm. Na produção de celulose e papel, a água entra em contato direto com as fibras celulósicas, que originalmente não tem cor e a presença na água poderá comprometer suas características iniciais.
Turbidez: esta característica é observada quando a água apresenta matéria suspensa, independente da natureza. A operação de tratamento da água busca reduzir os valores de turbidez, pois sua presença representa impurezas, e neste caso, materiais indesejáveis ao processo de fabricação.
Sólidos dissolvidos: os sólidos dissolvidos têm tendência de se acumularem no processo, gerando diversos impactos negativos. O fenômeno de corrosão é impulsionado pela presença de sólidos dissolvidos no circuito de águas. Quando isto ocorre, os responsáveis buscam trabalhar com produtos químicos para inibir este dano aos materiais. A inclusão de químicos para atuações corretivas encarece o processo, gerando assim, mais um impacto negativo pela presença de sólidos dissolvidos.
Os requisitos para o uso da água variam em função da aplicação. Para cada uso são avaliadas características físicas, químicas e microbiológicas. Os parâmetros que devem ser analisados para que sejam prevenidos possíveis impactos, quando em desacordo com os parâmetros pré-estabelecidos, junto ao sistema produtivo no que se refere ao setor correspondente a máquina de papel é apresentado na figura x.
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Figura 35: Teste para caracterizar a qualidade das águas. Fonte: Adaptado de NUNES (2007, p. 66)
12.1. EQUIPAMENTOS DA ETA
A água doce é captada pelas indústrias de papel e celulose, mas nas últimas décadas e a tendência atualmente visa aos sistemas de recirculação de água nas usinas. As indústrias utilizam um sistema parcialmente fechado de reuso da água usam apenas o tratamento físico-químico no tratamento do efluente.
Considerando uma Estação de Tratamento de Água (ETA), com capacidade para 5.000 m³/h. A ETA capta e bombeia água bruta de um rio situado a 900 metros e também de uma represa situada a 1.200 metros. A água chegando a ETA, é analisada e recebe a dosagem de produtos químicos necessários ao seu tratamento: coagulante - sulfato de alumínio; bactericida – Cloro; corretor de pH e corretor de alcalinidade– cal hidratada.
Considerando como base o trabalho descrito em X, temos que a figura xx apresenta as etapas da estação de tratamento de água:
Figura 36: Etapas da estação de tratamento de água. Fonte: Indústria CPBR (2011)
Primeiramente, a água bruta deve ser bombeada, na maioria das vezes, para um tanque de equalização. Esse tanque possui a capacidade de 5 horas de tempo de detenção. Após a equalização, a água é bombeada para a Estação de Tratamento de Água a umavazão contínua.
Para ajuste da vazão, na tubulação de recalque da bomba de alimentação da ETA, é instalado um canal de retorno para o equalizador. Com registros que permitem o ajuste de vazão necessária.
Em seguida temos os coaguladores que apresentam função de agrupar em ação coagulante as impurezas presentes na água, em partículas maiores, que quando passam pelo processo de decantação podem ser removidas. Esses reagentes usados – que geralmente são o Sulfato de Alumínio e o Cloreto Férrico. Eles promovem a desestabilização das partículas colóides do efluente por meio de sais de ferro ou alumínio polieletrólitos e/ou orgânico.
O terceiro equipamento são é a calha de floculação em que é adicionada uma solução floculante, reduzindo o pH para um valor entre 6,5 e 7,5. Em seguida, adiciona-se, também, um polímero auxiliar de coagulação. O líquido passa, então, pela calha de floculação, que possui uma série de paredes internas, com aberturas laterais intercaladas. Esse material serve para forçar a passagem do líquido em um fluxo sinuoso. Permitindo um tempo de residência ideal para a formação adequada dos flocos. Da calha de floculação a água é dirigida, por gravidade, ao decantador.
Os decantadores tem como finalidade a sedimentação dos flocos formados no tratamento físico-químico. Neste trabalho consideraremos a operação realizada com descarga semiautomática nos decantadores 1,2 e 3. Todos apresentam inclinação de 60 graus para os módulos tubulares, e possuem um poço para depósito de flocos. O volume de cada decantador é 950 m3. Nos decantadores 4,5 e 6 temos 6 o modelo convencional e têm dimensões 1.100 m3 cada. A inclinação da entrada para a saída é de 5 graus. O último decantador apresenta as mesmas características dos decantadores 4, 5 e 6, com exceção ao volume que é de 900 m3. O processo de decantação dos sólidos forma, na superfície, uma lâmina bem definida de líquido límpido que flui para o filtro gravitacional através de uma calha coletora. O material sedimentado, resultante da decantação, é encaminhado para o leito de secagem ou filtro prensa. Nesse local ele sofre o processo de desidratação.
E a última etapa é a filtração em que a água tratada passa ainda por um filtro de leito de carvão antracito. O filtro é dotado de uma camada suporte de brita e de um leito de carvão para a retenção dos sólidos e remoção de outras impurezas indesejáveis que, porventura, forem arrastadas, garantindo a eficiência do tratamento. E, em seguida, cai em um tanque de contato para receber uma dosagem de cloro para desinfecção. Finalmente, o líquido é dirigido para o tanque de armazenamento para posterior consumo.
Na última etapa de tratamento, a água recebe outros produtos químicos para a conclusão do tratamento e é filtrada por um conjunto de doze filtros de carvão antracito, areia e pedra. Os produtos que concluem o tratamento são: Gás cloro; Cal hidratada.
Os parâmetros que a água na ETA deve ter são mostrados na figura ddd:
Tabela 8: Parâmetros da água tratada
Fonte: Indústria CPBR (2011)
Sendo o LIC – Limite Inferior de Controle, LSC – Limite Superior de Controle e VMU – Valor Médio Utilizado. Cada setor da indústria de papel e celulose pode, em função de suas necessidades, submeter esta água a processos secundários e até terciários de tratamento, buscando uma qualidade superior, como é o caso dos geradores de vapor de água.
Algumas medidas podem ser usadas na indústria de papel e celulosa para controlar o consumo de água, sendo algumas: descascamento à seco no pátio de madeira reduzindo significativamente o consumo de água e como consequência a redução de efluentes líquidos para serem tratados. (MIELI ,2007); melhoria no cronograma de manutenção preventiva e corretiva de equipamentos destinados a emissão de água para o processo; e o tratamento da água branca para reuso no branqueamento como água de lavagem entre estágios, substituindo assim a água fresca.
13. EFEITO DA MANUTENÇÃO ADEQUADA DOS EQUIPAMENTOS
Foram estudados os equipamentos de lavagem (difusores), envolvidos no processo de obtenção da polpa celulósica branqueada (90% ISO). Todas as condições analisadas foram condições de processos reais da fábrica.
Os equipamentos difusores da etapa de lavagem avaliados foram: os difusores da etapa de cozimento (W-21, W-37), de pré-branqueamento (O-30) e de branqueamento (B-25, B-30, B35, B-40).
Para contribuir para a melhoria da qualidade da polpa de cellulose branqueada, realizou-se um estudo para o levantamento dos desvios que impactam diretamente na eficiência de equipamentos de lavagem. Neste contexto, foram estudados os difusores da linha de fibras 1.
Foi observado o funcionamento destes equipamentos de lavagem, determinando a função de cada componente e o efeito na polpa de celulose no caso do seu funcionamento inadequado. E ainda, se os equipamentos estavam exercendo a função de lavagem com a eficiência projetada, pela avaliação de parâmetros operacionais do equipamento.
Foi realizado levantamento de campo, verificação de tendências de variáveis, verificação da base de dados e alarmes bloqueados, análises do teor de fibras nas extrações, análise de consistência nas descargas, verificação de ajustes dos relés térmicos dos motores, verificações de ajustes de controle, dentre outras verificações que diretamente e indiretamente impactam na eficiência dos difusores de lavagem da linha de fibras 1.
Nesta etapa houve a contribuição de uma empresa de consultoria, com profissional especializado em difusores, de forma a auxiliar na obtenção de um preciso diagnóstico de desvios.
Na etapa de diagnóstico dos desvios nos equipamentos lavadores (difusores), foram encontrados vários problemas que poderiam causar paradas da fábrica afetando a disponibilidade dos equipamentos e a qualidade do produto final (polpa de celulose branqueada):
a. ausência de rotina de análise de consistência na saída dos difusores W-21, W-37 e O-30, o que dificulta ao operador avaliar a eficiência dos equipamentos;
b.desalinhamento e desnível das hastes das peneiras (difusor W-21). Nas condições que se encontravam, as buchas de teflon são danificadas e, por consequência, danificam os tubos guias, gaxetas, comprometendo o sistema de elevação das peneiras. O desalinhamento pode ser observado pela distância entre haste e preme gaxeta, considerando um paralelismo do preme gaxeta (mesma distância nos três parafusos de ajustes).
c. cabos pendurados fora da eletro-calha, com risco de rompimento dos mesmos, impactando em parada total ou parcial do difusor W-21.
d. o visor de nível encontrava-se fora de operação, no chão sem identificação e motivos para desacoplamento do tanque, com a válvula de bloqueio fechada e sem identificação do motivo. Vale ressaltar, que o visor de nível é fundamental no processo, devido à necessidade, quando na dúvida de funcionamento, do transmissor de nível do balão. Para uma melhor performance na contra lavagem das peneiras é necessário ajustar o tempo de fechamento da válvula, para que possa descarregar totalmente o balão. No caso da válvula 121KV009 recomenda-se, ainda, retirada da mesma para manutenção por apresentar passagem pela sede.
De acordo com os desvios encontrados nos equipamentos de lavagem (difusores), de acordo com a etapa de diagnóstico, foram realizadas as manutenções necessárias nos equipamentos envolvidos.
Após o diagnóstico foi elaborado um planejamento para eliminação dos defeitos encontrados. Visto que, para a realização de alguns concertos, fazia-se necessária a aquisição de materiais específicos e peças para os equipamentos, os mesmos foram agendados em ocasião de parada geral da planta.
Também, durante a parada geral, os componentes dos equipamentos difusores foram desmontados e, então, confirmadas as partes com desgaste e que provocavam os desvios encontrados.
A seguir tem-se o plano global com todas as ações para eliminação dos desvios nos equipamentos difusores:
a. Manutenção periódica anual no sistema de elevação dos difusores de lavagem, considerando o alinhamento e nivelamento daspeneiras, troca de hastes de acionamento quando apresentarem desgastes que possam comprometer a vedação das gaxetas, a troca das buchas de vedação, os tubos guia e as arruelas esféricas. Essa manutenção pode ser monitorada através do tempo da diferença de pistão, quando esse for superior a 1-6 segundos e, quando o valor de perda de fibras for superior a 200 ppm.
b. Retorno da análise de consistência nos difusores, pelo menos uma vez por turno, para um melhor controle da eficiência. O uso da corrente do raspador para essa análise não é o mais recomendável, pois, os transdutores de corrente dos motores não são rastreados e nem confirmados metrologicamente, podendo apresentar falhas e erros na medição e, por consequência, comprometerem o sistema de elevação, bocais de vazão das peneiras dos difusores dentre outros.
c. Inspeção semanal nos sistemas hidráulicos considerando os seguintes itens:
· Válvulas em geral, pressão de óleo, pressão de nitrogênio, controle do tempo de subida da peneira, eficiência do trocador de calor, funcionamento dos acumuladores de alta e baixa pressão;
· Sistemas de elevação (hastes de acionamento da peneira arranhadas causando vazamento pelas gaxetas e, por consequência, aumentando o índice de corrosão nas partes metálicas);
· Sistema de levantamento da peneira (inspeção minuciosa nos cilindros hidráulicos, identificando folgas e vazamentos de óleo).
· Troca das gaxetas dos cilindros logo que os vazamentos sejam identificados.
d. Inspeção semanal no funcionamento dos sensores superiores e inferiores das peneiras. Esse funcionamento deverá ser visualizado na tela de ajuda do operador. Jamais, o sensor não será ajustado para correção de alinhamento das peneiras, visto que tal procedimento mascara as condições operacionais das peneiras, e compromete sua sustentação.
e. Inspeção semanal e purga nos transmissores de pressão dos difusores e pressão diferencial das peneiras.
f. Inspeção quinzenal no funcionamento das válvulas de extração, lavagem, contra lavagem, nível do balão, pressurização do balão e de alívio do balão.
g. Acompanhamento quinzenal das tendências do controle de nível do balão de contra lavagem, identificando o funcionamento do transmissor de nível e o controle de fluxo de ar das válvulas de contra lavagem, visando uma contra lavagem eficiente.
h. Acompanhamento quinzenal das tendências do controle de pressão do balão de contra lavagem, identificando o funcionamento do transmissor de pressão e funcionamento das válvulas de pressão e despressurização do balão, impedindo que a pressão exceda o valor de alarme, pois, uma pressão elevada e constante na peneira, funcionará como uma sanfona e por consequência danificando (rasgando ou trincando) as peneiras, comprometendo a eficiência da mesma, além de perda de fibras (impacto ambiental).
i. Acompanhamento das sintonias de controle, visando melhor eficiência e estabilidades dos difusores e redução de produtos químicos.
j. Substituição das gaxetas das hastes de acionamento, por gaxeta 8000TW de fabricação Sotequi, pois, além de uma maior durabilidade é de material macio, o que evita desgaste acentuado das hastes.
O trabalho comprovou que um plano de manutenção adequado contribuiu diretamente para a qualidade da polpa de celulose.
Após diagnóstico dos desvios, manutenção dos componentes de lavagem e contra-lavagem dos difusores, e cumprimento das ações do plano global, foi constatado um aumento na alvura da polpa celulósica na entrada do branqueamento (3,59%), uma redução no consumo específico de cloro ativo no branqueamento (4,15%) e uma redução anual do custo variável do branqueamento em aproximadamente R$ 897 mil. Ainda, foi verificado aumento da disponibilidade e eficiência dos equipamentos e melhoria no índice de qualidade EP (extra prime) do produto final.
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14. DEMANDA ENERGÉTICA
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14.1. Principais equipamentos consumidores de energia
De acordo com os dados, o consumo de energia total das plantas, apresenta a média de 13,17% para energia elétrica e os outros 86,83%, para energia térmica.
As etapas de secagem, recuperação de reagentes químicos e branqueamento são as etapas que mais utilizam energia elétrica e as etapas de concentração de licor, secagem, recuperação de reagentes químicos, polpação são as etapas que mais utilizam vapor.
Portanto, os maiores equipamentos consumidores de energia elétrica estão nas etapas, de:
· Acionamento do branqueamento;
· Acionamento do digestor;
· Sistema de ETA/ETAC/ETE;
· Produção de cavaco;
· Sistemas de Compressão;
· Acionamento das Máquinas em geral.
Os principais equipamentos que consomem energia térmica estão nas etapas de evaporação, secagem da celulose, cozimento e branqueamento.
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14.2. Indicadores energéticos
A partir dos dados coletados no âmbito de pesquisa, a indústria de produção de celulose apresenta consumo específico médio calculado de energia elétrica em 0,060 tep/t (698,42 kwh por tonelada, variando de 620 a 850) e 0,373 tep/t (15,623 GJ por tonelada, variando de 11 a 18) em energia térmica, estimados através da divisão do consumo total de energia pela produção das plantas visitadas.
Tabela 9: Distribuição e consumo energético por etapa de produção de celulose.
Fonte: Dados médios obtidos na pesquisa baseado na distribuição energética da referência de McIlroy e Wiczinsky, 1999.
As propostas apresentadas a seguir possibilitam economias na faixa de 2-26%, no sistema térmico, 1-3% nos sistemas de motrizes e até 63% nos sistemas de iluminação variando os valores de acordo de quantas e quais medidas seriam adotadas.
Tabela 10: Medidas de melhoria na eficiência energética do subsegmento de celulose.
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14.3. Consumo energético
Tabela 11: Consumo de energia planta de celulose.
Tabela 12: consumo de energia planta integrada. Fonte: http://www.celso-foelkel.com.br/artigos/ABTCP/2011_GuiaTecnico_Eficiencia_Energetica.pdf. (Dados: 1 GJ/t = 277,778 kwh)
Com esse dado, temos que o consumo energético do processo de deslignificação geralmente tem consumo de energia elétrica em torno de 30 kwh em planta de celulose e 50 kwh em plantas integradas, e consumo de energia térmica (em vapor) em torno de 610 kwh em planta de celulose e 530 kwh em plantas integradas.
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14.4. Demanda Energética Branqueamento
Os resíduos advindos da etapa de branqueamento após a separação da celulose como os restos de madeira não utilizados são queimados em caldeiras e transformados em energia elétrica em turbogeradores a vapor. A energia gerada nesse processo alimenta o próprio processo de fabricação do papel com o licor negro.
Dentro do consumo energético das plantas de celulose e papel, a média de 13,17% é relativo ao consumo de energia elétrica e o percentual restante de 86,83% refere-se ao consumo de energia térmica nos processos.
O branqueamento da celulose contribui com boa parte desses gastos, pois os equipamentos constituintes dessa etapa da fabricação de celulose/papel estão entre os que mais utilizam as duas formas de energia, ao lado dos equipamentos das etapas de evaporação, secagem e recuperação de agentes químicos.
Segundo uma pesquisa realizada pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) e pelo Ministério de Minas e Energia (MME) com o objetivo de avaliar a eficiência energética de alguns segmentos industriais, dentre eles, a indústria de papel e celulose, no universo de 698,42 kWh/tonelada gasto de energia elétrica para a produção da celulose, 122,53 kWh/tonelada foram originados somente do branqueamento.
A partir do que foi explicitado anteriormente, nota-se então, o quão significativo é o impacto do branqueamento no desempenho, rendimento e na demanda energética do processo, com 17,5% de participação.
15. TRANSPORTE
O transporte da madeira e de celulose por meio de rodovias é realizado utilizando uma grande diversidade de tipos e de modelos de veículos, sendo que cada um é utilizado dependendotanto do volume movimentado, como da distância percorrida.
Segundo Machado et al (2009), os veículos utilizados no transporte por meio de rodovias se classificam como:
· Caminhão: possui uma única unidade tratora e transportadora com tração do tipo 4x2, 4x4, 6x2 ou 6x4. O peso total por eixo varia de acordo com o caminhão utilizado.
· Articulado: formado pela unidade tratora e um semirreboque, tração 4x2 ou 6x4.
· Conjugado: também chamado de biminhão, é formado por um caminhão mais um reboque.
· Bitrem: formado por uma unidade tratora e dois semirreboques.
· Tritrem: é a combinação de uma unidade tratora e três semirreboques.
A classe a que cada um desses meios de transporte é dividido vai de acordo com a capacidade de cada um, que pode ser leve (capacidade máxima de 10 toneladas), médio (entre 10 e 20 toneladas), semipesado (de 20 a 30 toneladas), pesado (entre 30 e 40 toneladas) e extrapesado (acima de 40 toneladas).
Para se calcular o custo do transporte de madeira ou celulose pelo meio rodoviário deve se considerar o volume transportado, a distância e a qualidade das rodovias.
Os custos que são levados em conta são: o custo relacionado ao veículo, operacional fixo, relacionado à viagem, relacionado à quantidade e o custo indireto. Além de custos com armazenagem, estoque, emissão de pedidos e o mais importante que é o custo com o transporte em si.
Figura 37: Caminhão transportando madeira.
16. TRANSPORTE EM TUBULAÇÕES
Na indústria, a importância da tubulação é enorme. A partir da rede de tubulações é possível que ocorra a ligação entre todos os equipamentos e a circulação dos fluidos. Segundo a literatura, em indústrias de processos o valor das tubulações representa em média 20 a 25% do custo total da instalação industrial. A planta industrial se encontra na figura X, mostrando as correntes e os equipamentos necessários para o funcionamento da indústria de papel e celulose (TELLES, 2001).
16.
16.1. Identificação das correntes
A princípio, é necessário saber exatamente os materiais que passam por cada corrente, sua temperatura e a sua pressão antes de iniciar os estudos sobre a construção das tubulações. Esses dados estão dispostos na tabela 13.
Tabela 13: Características dos compostos em suas respectivas correntes.
Corrente
Composto
Temperatura
1
Toras de eucalipto
25°C
2
Cavaco de madeira
25°C
8
Água
25°C
9
Água
25°C
10
Água
25°C
11
Água
25°C
12
Água
25°C
13
Licor preto
165°C
14
Água
165°C
21
Polpa de celulose
165°C
22
Polpa de celulose
125°C
23
Vapor de água
125°C
24
Polpa de celulose
125°C
26
Licor negro
25°C
27
Licor branco
25°C
28
Celulose
25°C
29
Fibra de celulose branqueada
25°C
30
Fibra de celulose lavada
25°C
31
Fibra de celulose filtrada
25°C
32
Fibra de celulose semi úmida
25°C
37
Dióxido de Cloro
25°C
38
H2O2
25°C
39
Soda Cáustica
25°C
40
Ozônio
25°C
41
Hipoclorito de Sódio
25°C
42
Oxigênio
25°C
43
Oxigênio
25°C
44
Água
25°C
45
Água
25°C
53
Papel
-
54
Papel
-
55
Água
160ºC
56
Água
160ºC
16.2. Material e diâmetro dos tubos:
Cada corrente possui inúmeros fatores que podem influenciar na escolha do material da tubulação, como pH, temperatura ou pressão, por exemplo. A partir disso, existem algumas normas e códigos para um bom funcionamento dos processos (TELLES, 2001). Com isso, foi montada a tabela 14, apresentando qual o melhor material para a construção dos tubos.
Como não foram fornecidas as vazões individuais de cada equipamento, não foi possível realizar o cálculo para o diâmetro da tubulação. Entretanto, segundo a literatura, existem os diâmetros recomendados para alguns dos tubos, ao saber os fluidos que passam por estes (TELLES, 2001). As correntes que possuem essa característica foram identificadas e estão apresentadas na tabela 14.
Tabela 14: Material e diâmetro indicado para cada corrente do processo.
Corrente
Material do tubo
Diâmetro recomendado
1
-
-
2
-
-
8
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
9
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
10
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
11
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
12
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
13
Cobre, bronze ou metal Monel
-
14
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
21
-
-
22
-
-
23
Aço carbono A53/Latão,cobre e alumínio*
Todos/*até 2''
24
-
-
26
Cobre, bronze ou metal Monel
-
27
Cobre, bronze ou metal Monel
-
28
-
-
29
-
-
30
-
-
31
-
-
32
-
-
37
Aço carbono com revestimento interno de concreto refratário
600 mm
38
PVC
até 4"
39
Cobre, bronze ou metal Monel
-
40
Aço carbono com revestimento interno de concreto refratário
600 mm
41
Cobre, bronze ou metal Monel
-
42
Aço carbono galvanizado/Aço carbono*
4", extremidade rosqueada/*2" margem para corrosão 1,2mm com extremidades de solda no topo
43
Aço carbono galvanizado/Aço carbono*
4", extremidade rosqueada/*2" margem para corrosão 1,2mm com extremidades de solda no topo
44
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
45
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
53
-
-
54
-
-
55
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
56
Aço-carbono galvanizado/Ferro Maleável galvanizado/ PVC
2"/4"
Como não se tem conhecimento dos diâmetros de cada tubulação, múltiplas opções de materiais podem ser utilizadas, uma vez que dependem diretamente do dado em falta.
16.3. Isolantes dos tubos
Em algumas tubulações, se passam fluidos aquecidos. Para evitar que o calor seja perdido e haja gastos energéticos extras, é necessário o uso de isolantes em alguns tubos para diminuir a troca de calor entre a tubulação com o meio (ar). É possível saber o valor mínimo do raio que o isolante deve ter a partir do diâmetro do tubo, do material do isolante e do coeficiente convectivo do fluido externo ao tubo. Para essa parte foram usados os diâmetros recomendados. O raio crítico de isolamento pode ser dado por (INCROPERA, 2008):
Para o ar parado, uma boa estimativa para o valor do coeficiente convectivo é dada por (INCROPERA, 2008). O material a ser usado é a lã de vidro, cuja condutividade térmica é (INCROPERA, 2008). As correntes na qual é preciso a instalação de isolantes está identificada na tabela 15.
Tabela 15: Valores dos coeficientes de convecção do ar e raios críticos da tubulação com o isolante para diferentes correntes.
Corrente
h (W/m² K)
r (m)
13
6,0884
0,0100
14
6,0884
0,0100
21
6,0884
0,0100
22
5,5972
0,0109
23
5,5972
0,0109
24
5,5972
0,0109
55
6,0333
0,0101
56
6,0333
0,0101
16.4. Suporte dos tubos
Para uma indústria, o ideal é usar suportes fixos para a tubulação, para que estes não desloquem e se danifiquem. A norma N-0046 determina qual o valor máximo entre os vãos dos suportes das tubulações. Entretanto, não foram fornecidos os diâmetros e, logo, não foi possível calcular os vãos máximos (PETROBRAS, 2009).
17. ANÁLISE DE QUALIDADE
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17.1. NORMAS ISO
A Organização Internacional de Padronização (ISO) criou uma série de normas com o objetivo de melhorar a qualidade de produtos e serviços. A ISO, é uma das maiores organizações que desenvolve normas no mundo. Sendo assim, estas normas certificam produtos e serviços em várias organizações no mundo inteiro. Essa normalização está baseada em um documento, que oferece um modelo padrão para a implantação do Sistema de Gestão da Qualidade. No Brasil, estas normas são compostas pela sigla NBR e são criadas e gerenciadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
Quando uma empresa escolhe seguir estas normas, deve-se estipular as metas a serem atingidas para obter a certificação. Além disso, é preciso passar por um projeto comvárias etapas para implantar a gestão da qualidade e obter o certificado ISO.
As normas ISO 9000 e 9001, são as principais normas relacionadas ao modelo de gestão da qualidade. Essas normas são utilizadas quando se desejam utilizar sistemas de gestão e serem certificadas por meio desse organismo internacional. As mesmas foram criadas, a partir de uma reunião internacional para a definição do conjunto de melhores práticas de qualidade, a serem adotadas para atender os clientes.
As normas mais conhecidas para Gestão da Qualidade são:
· ABNT NBR ISO 9000 - Sistema de Gestão da Qualidade (Fundamentos e Vocabulário) - documento que contém todos os termos utilizados no sistema;
· ABNT NBR ISO 9001 - Sistema de Gestão da Qualidade (Requisitos) - explica os requisitos para obter a certificação;
A ISO 9001 tem como objetivo trazer confiança ao cliente de que os produtos e serviços da empresa serão criados de modo repetitivo e consistente, afim de que adquira uma qualidade, de acordo com aquilo que foi definido pela empresa. A norma conta com sete princípios da gestão de qualidade: foco no cliente, liderança, competência e engajamento das pessoas, abordagem de processo, melhoria, decisão baseada em informações e gestão de relacionamentos.
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17.2. PAPEL DA QUALIDADE NO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PAPEL E CELULOSE
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17.2.1. Qualidade e sua importância
Qualidade é considerada a relação de aspectos de um produto ou serviço que satisfaçam as necessidades propostas (LONGENECKER; MOORE; PETTY, 1997). As empresas precisam gerar produtos ou serviços que cumpram e satisfaçam a demanda e o desejo dos clientes em todos os aspectos (MIRANDA, 1994). Qualidade pode ser definida como a busca dos melhores resultados, com o melhor desempenho, sempre visando aos clientes, suprindo suas necessidades e ultrapassando suas expectativas (LOPES, 2014).
O conceito da qualidade tem evoluído ao longo do tempo, até na Segunda Guerra Mundial a noção de qualidade era baseada nas características físicas do produto, uma vez que a produção era focada em uma sociedade monopolista e a demanda superior à oferta. Na década de 1950 a oferta aumentou com a globalização, assim como a concorrência e então houve crescente demanda do mercado em relação à qualidade do produto. Essa nova exigência originou um novo sistema de produção, que passou a dar ênfase ao controle do processo, o processo passou a ser dividido em etapas, e o produto de cada uma inspecionado para seguir para a próxima etapa (NOGUEIROL, L. 2019).
A qualidade está sempre orientada para o cliente uma vez que é para ele, e para a satisfação das suas necessidades, que a empresa trabalha e existe. Seus objetivos são, satisfazer as necessidades dos clientes, a concordância da empresa sob o aspecto da qualidade corresponde à total sintonia entre o que é produzido e o que o cliente necessita, aumentar a produtividade, tentando suprimir todas as falhas internas do produto ou serviço, aumentando a qualidade e com o menor custo possível e promover a realização sócio profissional dos trabalhadores para que estes se sintam profissionalmente realizados e motivados (Delgado, J. D. B. 1997).
Um estudo específico a respeito dos benefícios decorrentes da qualidade é apresentado por Casadesús, Giménez e Heras (2001), a partir de uma pesquisa realizada com 502 empresas de vários setores de atuação na Espanha. Os autores dividem os benefícios em dois grupos, ou seja, benefícios internos (relacionados aos recursos humanos e a aspectos operacionais) e benefícios externos (relacionados aos clientes e aspectos financeiros). Os principais benefícios internos são: Melhoria na definição e padronização dos procedimentos de trabalho; Melhoria na definição das responsabilidades e obrigações dos funcionários; Aumento da confiança da empresa em sua qualidade; Aumento do comprometimento com o trabalho; Redução de improvisações através da melhoria das normas de procedimentos; Aumento da satisfação com o trabalho; Melhoria na comunicação entre a gerência e os funcionários. Conforme os autores, o efeito mais positivo da padronização na gestão das operações é a redução de erros e defeitos durante o processo produtivo, citado por 91% das empresas consultadas. Também se observa redução no tempo de produção e entrega dos produtos, bem como redução de custos operacionais (CASADESÚS, GIMÉNEZ e HERAS, 2001).
No mesmo estudo, os benefícios externos foram também apontados, merecem destaque os seguintes: Melhor resposta aos requerimentos dos clientes; Penetração em novos mercados; Melhoria nas relações com os consumidores; Redução das auditorias por parte dos clientes; Aumento da satisfação dos consumidores; Queda no número de reclamações; Elevação da repetição de compras; Aumento da fatia de mercado (CASADESÚS, GIMÉNEZ e HERAS, 2001).
17.2.2. Qualidade na Industria de Papel e Celulose
As fibras utilizadas na fabricação de celulose e papel são obtidas, quase que exclusivamente, a partir de matérias-primas vegetais. Na produção de papel, inicialmente, foram utilizadas fibras que requeriam menor processamento, como as fibras proveniente de linho e de algodão, contudo o aumento do consumo de papel ao longo dos anos levou à busca por novas fontes de fibras vegetais, encontrando-se na madeira uma excelente matéria-prima, pois proporciona as características desejadas, está disponível em grande quantidade, é uma matéria-prima renovável e de fácil exploração econômica (BETINI & GALATTI, 1995).
Entre as diversas variáveis que afetam o processo de produção de celulose, destaca-se a qualidade da matéria-prima utilizada, pelo fato da madeira representar o maior custo na produção, na faixa de 50 a 60% do custo total, motivo pelo qual investimentos tecnológicos estão sendo direcionados para a minimização do consumo específico da madeira (DEMUNER, 2011).
Além da qualidade da matéria prima, na fase de produção do papel e celulose, busca-se atingir as especificações de projeto do produto, e de produtividade do processo, definidas nas fases de projeto de produto e processo respectivamente. O projeto do processo envolve planejamento, lay-out de máquinas, projeto de equipamentos e ferramentas, parâmetros de controle do processo etc. A qualidade nesta fase está estreitamente vinculada aos recursos tecnológicos disponíveis e a interação entre as atividades de desenvolvimento do produto e do processo (CARPINETTI, 2003).
Outras atividades, ainda que não diretamente relacionadas ao ciclo de vida do produto, e que, portanto, não afetam diretamente a qualidade do produto podem afetar outros aspectos pertinentes ao conceito de qualidade total, como prazos de entrega, segurança. Portanto, quando consideramos o conceito de qualidade total todas as atividades funcionais devem incorporar os objetivos da qualidade (CARPINETTI, 2003).
17.2.3. Ferramentas de Qualidade
Existem ferramentas para se aplicar conceitos, coleta e apresentação de dados, as quais são utilizadas na indústria para remover as causas dos problemas, com o objetivo de se obter maior produtividade e a redução de perdas. Além disso, auxiliam na resolução de problemas utilizando técnicas específicas e gráficas que produzem melhores resultados (MAICZUK; ANDRADE JÚNIOR, 2013).
A maioria das ferramentas apresentam-se como instrumentos gráficos que buscam deixar evidente a questão que se pretende analisar ou solucionar, outras representam técnicas para o enfoque do problema (VERGUEIRO, 2002). Dentre as diversas ferramentas básicas da qualidade pode-se destacar: histograma, fluxograma, diagrama de causa e efeito, diagrama de pareto , diagrama de dispersão, cartas de controle.
Essas ferramentas são geralmente são utilizadas em conjunto como suporte ao desenvolvimento da qualidade e ao apoio à decisão na análise de problemas (MIGUEL, 2006). Elas são vistas como meios capazes de identificar e compreender a razão dos problemas e gerar soluções para eliminá-los, buscando a otimização dos processos operacionais da empresa (DANIEL E MURBACK, 2014).
17.2.3.1. Fluxograma
O fluxogramaé a representação gráfica da sequência das etapas de um processo e é uma ferramenta de documentação do processo permitindo entender de forma rápida o funcionamento do processo, a figura 1 mostra um exemplo. O Fluxograma é estruturado por símbolos geométricos que indicam quais são os materiais, serviços, recursos envolvidos nos processos e as decisões que devem ser tomadas, delimitando o caminho que deve ser percorrido para entregar o melhor resultado através da execução do processo (Grupo Forlogic, 2016).
Existem vários tipos de fluxogramas e entre eles estão: Diagrama de blocos, Fluxograma de processo simples, Fluxograma funcional e Fluxograma vertical. São ferramentas fundamentais tanto para o planejamento (elaboração do processo) como para o aperfeiçoamento (análise crítica e alterações) do processo, pode ser utilizado no planejamento de projetos, na documentação de processos, no estudo de melhorias de processos, no desenvolvimento da comunicação entre as pessoas envolvidas na execução e compreensão de como um processo é executado (Grupo Forlogic, 2016).
Figura 38: Fluxograma de Processo Simples
17.2.3.2. Cartas de Controle
As cartas de Controle possuem três objetivos básicos: verificar se o processo é estaticamente estável, se ele permanece estável, indicando quando deve-se atuar, permitir o aprimoramento contínuo do processo, reduzindo sua variabilidade (Ramos, 1997). A partir das cartas de controle é possível avaliar o processo observando as tendências dos pontos. Se os pontos estiverem dentro dos limites definidos, sem qualquer tipo de tendência especial, o processo é dito como controlado. Caso contrário, o processo é considerado fora de controle e necessita de melhoria.
Um gráfico de controle consiste em uma linha central, dois limites de controle, um acima e outro abaixo da linha central, e os valores registrados que representam o comportamento do processo. Se todos os valores permanecerem dentro dos limites, sem muita variação, pode-se afirmar que o processo está controlado (KUME, 1994). A figura 2 ilustra um gráfico de controle com seus limites superior e inferior (LSC e LIC, respectivamente).
Figura 39: Gráfico de controle com processo sob controle e fora de controle
17.2.3.3. Diagrama de Pareto
O Diagrama de Pareto permite o controle sobre as não-conformidades para aumentar a qualidade do processo. Com ele é possível visualizar e identificar das causas de um problema. A partir de uma análise de frequências das ocorrências, é possível distinguir quais devem ser as ações prioritárias da empresa e onde ela deve direcionar os seus recursos para resolver um determinado tipo de problema (Voitto, 2018).
O gráfico de Pareto é um gráfico de barras verticais que dispõe a informação de forma a tornar evidente e visual a priorização de temas (organizado em ordem descendente), como mostrado na figura 3. Ele é utilizado para mostrar as causas ou problemas em ordem de prioridade, identificar os fatores mais significantes, mostrar onde focar os esforços e permitir o melhor uso dos recursos limitados (Voitto, 2018).
Figura 40: Diagrama de Pareto
17.2.3.4. Histograma
O histograma é uma solução convencional para apresentar dados de intervalo e de razão. É uma ferramenta que se apresenta em forma de gráfico de barras que mostra a variação sobre uma faixa específica, possibilitando expor e conhecer as características de um processo envolvendo a medição dos dados e permitindo ter uma visão geral da variação desse conjunto de dados (Cooper e Schindler, 2001).
Pode ser usado para duas finalidades: registrar cronologicamente a evolução de um fenômeno em um período e registrar a frequência de vários fenômenos em um momento ou período definido (RITZMAN e KRAJEWSKI, 2004).
17.2.3.5. Diagrama de causa e efeito
O Diagrama de causa e efeito é uma ferramenta da qualidade que permite identificar e analisar as principais causas do processo e consiste em uma figura composta de linhas e símbolos, que representam uma relação significativa entre um efeito e suas possíveis causas, e também é chamado de diagrama de Ishikawa ou espinha de peixe (Ramos, 2000). As causas principais podem ser agrupadas sob seis categorias conhecidas como os 6 Ms: método, mão de obra, material, máquina, medida e meio ambiente, ilustrado pela figura 4 (CARPINETTI, 2010).
Figura 41: Representação do diagrama de Ishikawa
17.2.3.6. Diagrama de Dispersão
O Diagrama de Dispersão, também conhecido como Gráfico de Dispersão é uma das ferramentas da qualidade e é identificado como um gráfico de eixos verticais e horizontais, correlacionando a causa e o efeito, como mostrado na figura 5. Através desses dados correlacionados, é possível perceber se existe ou não relação de causa e efeito entre as variáveis (Voitto, 2019).
O diagrama de dispersão é utilizado para verificar se as duas variáveis estão realmente relacionadas e se há alguma possibilidade de relação causa e efeito e além disso, é possível você medir o nível de intensidade do relacionamento entre essas duas variáveis, se é forte ou se é fraca (Voitto, 2019).
Figura 42: Diagrama de Dispersão
17.3. CONTROLE ETAPAS DE PRODUÇÃO DE PAPEL E CELULOSE
17.3.1. Pátio de madeira
O pátio de madeiras abrange o manuseio e a preparação da madeira, a partir do momento em que esta chega à fábrica, até o momento em que é enviada à área de polpação mecânica (em forma de toras ou cavacos), ou à área de polpação química (em forma de cavacos). Pode-se dizer que a qualidade e economia da produção de polpa e papel começa no pátio de madeira. Na produção de polpa, o custo da matéria-prima representa a maior porcentagem no custo total de produção. Desta forma, minimizar a perda da madeira e aumentar a qualidade dos cavacos são fatores vitais para se assegurar o lucro geral do sistema de produção (KLOCK, et al., 2013).
12.
13.
14.
15.
16.
17.
17.1.
17.2.
17.3.
17.3.1.
17.3.1.1. Descascamento
As cascas possuem um teor de fibras relativamente pequeno e afetam negativamente as propriedades físicas do produto, portanto, a etapa de descascamento, tem por finalidade reduzir a quantidade de reagentes no processamento de madeira e facilitar a etapa de lavagem e peneiração (HEIZIR, 2009).
Fatores que influenciam na remoção da casca:
1. Forma da madeira - tortuosas são mais difíceis de descascar;
1. Espécie - coníferas descascam mais facilmente;
1. Estação do ano em que a madeira é cortada - a melhor época é a primavera e início do verão, início do período de crescimento;
1. Tipo de solo de origem;
1. Propriedades do processo e a matéria-prima determinam o trabalho necessário para as operações (KLOCK, et al., 2013).
Tipos de descascadores utilizados industrialmente: Descascador a tambor; Descascador de bolsa Descascador de anel; Descascador de corte Descascador hidráulico; Descascador de faca O resíduo industrial, as cascas, constituem de 10 a 20% da madeira total processada, podendo ser utilizado, como combustível para geração de vapor necessário ao processo (HEIZIR, 2009).
Alguns fatores que influenciam na escolha do tipo de descascador:
1. Quantidade de madeira a ser descascada;
1. Espécie de madeira;
1. Condições climáticas;
1. Disponibilidade e custo da mão-de-obra e energia;
1. Custo de equipamentos e de instalações;
1. Custo de operação;
1. Eficiência do descascamento (KLOCK, et al., 2013).
17.3.1.2. Picagem
O objetivo desta etapa é reduzir as toras à fragmentos, cujo tamanho facilite a penetração do licor de cozimento, utilizados nos processos químicos. Adicionalmente, os cavacos de madeira, constituem um material de fácil transporte (HEIZIR, 2009).
Variáveis da etapa de picagem, que afetam a qualidade dos cavacos:
1. Direção e velocidade de alimentação do picador;
1. Ângulos de corte das facas;
1. Velocidade de corte;
1. Troca constante de facas.
17.3.1.3. Classificação
Após a picagem, os cavacos são classificados com o objetivo de separar os cavacos com as dimensões padrões para o processamento (os aceites), dos cavacos superdimensionados, que retornam ao picador e dosfinos, que podem ser processados separadamente, ou então queimados na caldeira (HEIZIR, 2009).
Quando a descarga do picador é feita por sopragem a classificação pode ser feita por ação de ciclone ou de peneiras vibratórias, agitadoras ou cônicas geralmente com dois ou mais estágios. O 1º estágio separa cavacos menores que 1 1/8" ~ 2,8 cm e o 2º estágio separa cavacos menores que 3/16" ~ 0,5 cm. Os cavacos super dimensionados retornam para a repicagem, onde há a redução do tamanho e classificação (KLOCK, et al., 2013).
17.3.1.4. Estocagem da madeira:
Se dá em forma de cavacos em silos ou ao ar livre. Alguns parâmetros que envolvem a qualidade dessa parte do processo são:
1. Pátio deve ser preferencialmente concretado, com boas condições de drenagem;
1. Consumo de cavacos deve obedecer a um rodízio evitando-se longos períodos de estocagem;
1. Deve-se limpar o local antes de iniciar novo monte, para evitar contaminação;
1. As espécies sensíveis a deterioração deve ser estocadas em montes menores, possibilitando menores períodos de revezamento;
1. Os cavacos devem ser protegidos dos ventos, pois estes são portadores de poeiras e propagadores de fogo para o interior dos montes (KLOCK, et al., 2013).
Normalmente a manipulação, estocagem e classificação são completamente automatizados, sem necessidade de operários. A estocagem ao ar livre apresenta algumas desvantagens que são o tempo menor de estocagem, devido a tendência dos cavacos ao apodrecimento (degradação), a perda em rendimento e em propriedades físicas da polpa resultante, queda em qualidade da celulose, ocorre escurecimento das fibras pelo sol e perdas de resinas valiosas (tall oil e terebentina) (KLOCK, et al., 2013).
17.3.2. Cozimento
Cozimento ou digestão da madeira se processa em vasos de pressão, conhecidos como cozedor ou digestor, podendo ser efetuado, em regime de batelada (descontínuo) ou contínuo. No processo de cozimento descontínuo, o aquecimento é realizado de acordo, com um programa pré-determinado, no qual, a temperatura é elevada gradualmente, durante 50 a 90 minutos, até atingir um determinado valor (geralmente 170 °C), sendo mantido durante um certo período de tempo. No processo contínuo, os cavacos e o licor são alimentados continuamente no digestor e atravessam zonas de temperaturas crescentes, até atingir a zona de cozimento, onde a temperatura é mantida constante. O período de tempo é determinado pelo tempo que os cavacos atravessam a zona, até serem descarregados continuamente do digestor (HEIZIR, 2009).
Variáveis da etapa de cozimento associadas a madeira:
1. Espécie;
1. Densidade;
1. Tempo de estocagem;
1. Dimensão do cavaco;
Em função dessas variáveis, são estipuladas as condições do cozimento:
1. Tempo de cozimento;
1. Temperatura de cozimento;
1. Sulfidez do licor;
1. Relação dos produtos químicos com a madeira;
1. Concentração do reagente de cozimento no licor (HEIZIR, 2009).
Para garantia de qualidade do processo, a Automação tem um papel fundamental:
1. O controle do teor Kappa com analisadores que identificam o teor de lignina presente na polpa;
1. A densidade da polpa é feita com medidores de vazão magnéticos;
1. A pressão do vaso é medida por transmissores nanométricos;
1. A temperatura do processo é medida por transmissores de temperatura;
1. A vazão de alimentação de cavaco na entrada do vaso é medida através de balanças em correias;
1. A medição de Nível contínuo de material para controle do abastecimento de cavaco e licor;
1. O controle de Nível de topo para garantir a segurança e integridade da rosca de alimentação, entre outros (MATOS, 2019).
O tempo de cozimento é determinado pelo tempo que o cavaco leva para atravessar as fases, até serem descarregados continuamente do digestor (MATOS, 2019). O grau de cozimento é controlado por meio de amostragens do material e análise em laboratório, para estimativa da quantidade de lignina presente na polpa de celulose. Existem diversos procedimentos, para executar este tipo de determinação, entretanto, o número de permanganato (Número K), é o mais utilizado pelas indústrias (HEIZIR, 2009).
Para a medição de nível no digestor de forma contínua e de topo, por conta da complexidade do processo em termos de alta temperatura e pressão, o uso dos equipamentos convencionais de medição pontual por contato deixou de ser adequado para o controle do processo (MATOS, 2019).
A solução que grandes especialistas em instrumentação e processo encontraram foi o uso de medidores radiométricos totalmente sem contato com o processo, sendo imunes às interferências do mesmo. A medição de nível no digestor de fora contínua é tão importante que os principais players de fabricação de digestores já oferecem esses vasos com a solução de nível incorporada (MATOS, 2019).
Para controle da vazão de abastecimento do digestor, é necessário utilizar balanças nas correias. Aplicações de balanças são extremamente complexas e requer altos investimentos de mão de obra (MATOS, 2019).
As variáveis como vibração, inclinação, sujeira, desalinhamento de roletes, desgaste da correia e mudança no tensionamento da correia são alguns dos fatores que fazem essa operação ser demasiadamente trabalhosa (MATOS, 2019).
Diante de todas as variáveis de processo pontuadas, fica evidente o grande número de fatores capazes de influenciar o rendimento da produção de celulose, bem como na qualidade final da polpa celulósica. Dentre os principais fatores destacam-se o tipo de matéria-prima utilizada (propriedade químicas, anatômicas e físicas) e as condições do processo, as quais são essencialmente definidas pela alcalinidade do processo, temperatura e o grau de deslignificação. Em fábricas que dispõem de medidores de álcali residual instalados na saída de cada lavagem e também medidores de kappa instalados na saída de cada digestor, ou no tanque de descarga ("blow tank"), é possível realizar um controle eficiente do processo de polpação (DALL’AGNOL, 2019).
17.3.3. Tratamento de água
A indústria de papel e celulose está entre os maiores usuários industriais de recursos hídricos operando em todo o mundo. Normalmente, as operações da indústria de celulose e papel requerem em média cerca de 54-70 m3 (18000 galões) de água por tonelada métrica (2200 libras) de produtos de papel processados. Esse uso de água é impressionante, e a água é usada em quase todas as partes do processo de fabricação de celulose e papel. Essas fábricas de papel produzem quantidades significativas de água residual e lodo residual, desde a digestão inicial da polpa até a polpa e a lavagem da maquinaria de fabricação de papel (GENESIS, 2021).
Pelo menos 80% das águas residuais do processo de operações de fabricação de papel incluem sólidos suspensos, demanda química de oxigênio (DQO), traços de metais pesados, compostos orgânicos clorados recalcitrantes, demanda biológica de oxigênio (DBO), cor, presença de bactérias, entre outros (GENESIS, 2021).
A priorização de processos avançados de tratamento de águas residuais é necessária para lidar com essas condições de água para otimizar essas águas residuais para descarte ou reutilização ambientalmente segura. Essas soluções viáveis são fornecidas especificamente para fábricas de celulose e papel para auxiliá-las no aproveitamento de seus recursos hídricos residuais de forma sustentável, ao mesmo tempo que atendem às diretrizes regulatórias em constante mudança (GENESIS, 2021).
No processo de fabricação do papel, o efluente resultante da máquina de papel é conhecido como “água branca” e sua composição depende de fatores como: matéria prima, papel fabricado e tipo de máquina utilizada. De maneira geral a água branca contém partículas orgânicas e inorgânicas dissolvidas (DOLNY, 2011). Ela tem sua composição variável ao longo do processo. E essa influencia diretamente na qualidade do papel, sendo fundamental que as suas características se mantenham estáveis (ALEXANDERSSON, 2003).
A água pode ser avaliada por meio das seguintes características:
1. Turbidez;
1. Sólidos suspensos totais;1. DBO;
1. DQO;
1. Cor aparente;
1. Temperatura;
1. Fibras;
1. Cargas minerais e resíduos como, por exemplo: cola, agentes branqueadores, amidos, graxa, óleo.
Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos de água desde que obedeçam às seguintes condições:
1. pH entre 5 e 9;
1. Temperatura inferior a 40ºC, sendo que a elevação da temperatura do corpo receptor não deverá exceder a 3ºC;
1. Materiais sedimentáveis: até 1ml/litro em teste de 1 hora em cone Imhoff. Para o lançamento em lagos e lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente nula, os materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes;
1. Regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão média do período de atividade diária do agente poluidor;
1. Óleos e graxas - óleos minerais até 20mg/l -óleos vegetais e gorduras animais até 50mg/l;
1. Ausência de materiais flutuantes;
1. DBO inferior a 50mg/l ou 3600 kg DBO/dia;
1. DQO inferior a 263,8mg/l ou 19000kgDQO/dia, deverá atingir o valor de 15000 kg/dia, num prazo de 3 anos a contar da data da Licença Prévia;
1. Características de toxicidade aguda (DO AMARAL, et al., 2007).
17.3.4. Lavagem da polpa marrom
Consiste na separação do líquido das fibras, proveniente do processo de cozimento, e na lavagem dessas fibras com água limpa. Suas principais funções são: remover o licor residual; recuperar os reagentes químicos; e recuperar os constituintes da madeira, para utilização como combustíveis.
O volume de água adicionado deve ser o menor possível, visto que o filtrado final (licor negro diluído) deve ser evaporado e posteriormente queimado. O excesso de água exige um gasto adicional de energia, entretanto, a lavagem insuficiente acarreta excessiva perda do líquido impregnado na celulose, afetando o balanço térmico e químico da unidade de recuperação, além de ocasionar um maior consumo de cloro no processo de branqueamento.
Os filtros rotativos a vácuo constituem o sistema utilizado na maioria das indústrias, ligados em série, em duas, três ou mais unidades, operando em contracorrente. Se dividem em várias seções, cujas funções são: formar a manta; aspirar o excesso de licor da manta; despejar água ou licor negro sobre a manta; sugar da manta o excesso de água da lavagem; e separar a manta do tambor.
Figura 43:Sistema de lavagem com filtros rotativos (SENAI, 1988)
Um mecanismo de deslocamento é utilizado e, para se obter uma maior eficiência (na faixa de 95 a 99% e ligada a uma remoção satisfatória dos sólidos laváveis do licor), são necessários três a quatro estágios.
Fatores que afetam a eficiência da lavagem de pasta:
· Características da pasta:
1. Espécie de madeira;
1. Processo de polpação;
1. Índice de drenabilidade.
· Água para lavagem:
1. Distribuição;
1. Modo de aplicação; e
1. Temperatura.
· Formação da pasta:
1. Taxa de alimentação;
Geralmente são medidas em toneladas de pasta seca por dia por metro quadrado da superfície do tambor (t.p.s. d/m2). Os valores típicos estão entre 6 e 10 e condições de sobrecarga prejudicam a lavagem.
· Velocidade de rotação.
Variáveis operacionais:
1. Ar presente na pasta;
1. Fator de diluição;
Mede a água de lavagem, aplicada em excesso com relação ao total requerido para deslocamento. É expresso em toneladas de água por tonelada de pasta seca. Este fator é uma medida direta da água que é adicionada ao sistema de licor. O seu aumento proporciona melhoria na eficiência, no entanto, deve-se considerar, do ponto de vista econômico, uma consequente sobrecarga para a evaporação.
1. Incrustação na tela;
1. Temperatura da pasta; e
1. Teor de sólidos no licor.
17.3.5. Evaporação Stripping
A evaporação trata-se de uma operação unitária necessária para a separação de compostos de diferentes volatilidades, fazendo com que parte do solvente se vaporize, nesse caso a água, em que o objetivo final desejado é o licor negro concentrado (CARDOSO, 1998).
Os evaporadores utilizados na indústria de papel e celulose têm por finalidade a evaporação da água do licor negro fraco com cerca de 16% em massa sólida, a fim de concentrá-lo até um valor que permita a sua queima na caldeira. A concentração do licor negro que se deseja atingir após a evaporação é de aproximadamente 75% de massa sólida, passando assim a ser considerado como licor negro forte (SANTOS, 2007).
Os evaporadores do tipo filme descendente são os mais utilizados, no qual o licor negro entra pela parte superior do equipamento e escoa por dentro dos tubos, cujo vapor que fornece energia se encontra na parte exterior.
Fatores que afetam a eficiência do evaporador:
1. Concentração do licor negro;
1. Controle de pressão do líquido e do vapor;
1. Agitação dos componentes do sistema;
1. Controle de temperatura;
1. Equilíbrio entre a produção e o consumo de vapor;
1. Viscosidade do licor negro;
1. Composição material do equipamento, ligada à corrosão.
17.3.6. Cadeira de recuperação
As caldeiras, geralmente, são classificadas quanto à finalidade do uso, nível de pressão, tipo de material, dimensão, formato, posições dos tubos de pressão, tipo de material, dimensão, formato, fontes de aquecimento, tipo de combustível, fluido vaporizante, tipo de fornalha e princípio de funcionamento (VALE, 2013).
A caldeira de recuperação, individualmente, pode representar até 20% dos custos de instalação de uma indústria de papel e celulose. A caldeira de recuperação do licor negro tem duas regiões de suma importância: a fornalha e o ar de combustão, e a sessão de transferência de calor convectivo (ALMEIDA, 2006). A fronteira existente, que delimita a região da fornalha e da sessão de transferência, é chamada de nariz de caldeira (FERREIRA, 2013).
Na maioria das vezes, a caldeira é constituída pelos seguintes equipamentos: fornalha, superaquecedor, economizador, screen e balão superior (BRANDÃO, 2015), e os fatores mais importantes do processo são:
1. A combustão do licor e as reações químicas de formação de sais, na fornalha;
1. O aproveitamento do calor remanescente no gás de saída para aquecimento da água de alimentação, no economizador;
1. A troca de calor com os gases presentes, com o intuito de conseguir superaquecer o vapor saturado proveniente do balão superior, no superaquecedor;
1. A proteção do superaquecedor dos gases quentes produzidos na fornalha, pelo screen (tubulação situada entre a fornalha e o superaquecedor); e
1. A separação da água e do vapor saturado, no balão superior.
A principal função da caldeira de recuperação química é recuperar a parte inorgânica do licor, basicamente na forma de sais de sódio, mais especificamente, de carbono (Na2CO3) e de sulfeto (Na2S).
A alimentação do ar de combustão é dividida em dois ou três níveis, denominados de primário, secundário e terciário, e pode ir até o quaternário em alguma caldeira s mais modernas (FERREIRA, 2013). Esta divisão é necessária para se obter um ambiente oxidante (rico em oxigênio), para se obter a queima da matéria orgânica do licor e, também, para promover um ambiente redutor e para se reduzir a parte inorgânica do licor.
Figura 44: Localização da injeção de licor e dos ares em uma caldeira
A função da sessão de transferência de calor convectivo é transformar a água líquida em vapor superaquecido, com o uso de três tipos de equipamentos: o economizador, o superaquecedor e o balão superior.
A água inicialmente tratada é alimentada nos economizadores, entre duas e três unidades, onde é aquecida até uma temperatura próxima à de ebulição, devido à troca de calor com os gases de combustão. A água é conduzida para o balão superior através da bancada de tubos, responsável por distribuir água ao longo dos feixes tubulares localizados nas paredes da fornalha, onde recebe calor por radiação, gerando vapor saturado e retornando fluxo ascendente até o balão superior (SOSA, 2007).
A força motriz desse processo de circulação natural é a diferença de densidade entre a água que passa nos tubos de fluxo descendente e a mistura de água-vapor presente nos tubos ascendentes.Após a separação do vapor presente na mistura, por meio de ciclones e telas ainda no interior do balão, o vapor saturado segue para o superaquecedor (ALMEIDA, 2006).
A função do superaquecedor, em geral de 3 a 5 sessões, é elevar a temperatura do vapor, de modo a produzir vapor superaquecido, ao trocar calor com os gases vindos da fornalha, entre 900 a 950°C. Logo em seguida, o vapor segue para o coletor, externo à caldeira, e depois para o turbogerador, onde ocorre a geração de eletricidade, para consumo interno, e a extração de vapor para os processos fabris (ALMEIDA, 2006).
Fatores que afetam a eficiência da caldeira de recuperação:
1. Composição material do equipamento, de alta resistência ao álcali fundido;
1. Concentração de licor negro e de massa de madeira seca;
1. Controle de vazão, a nível constante;
1. Temperatura;
1. Pressão.
17.3.7. Caustificação do licor verde
O licor verde proveniente do tanque de dissolução de fundido é conservado em um tanque de armazenagem de entrada até ser bombeado ao clarificador de licor verde, onde ocorre a remoção de substâncias em suspensão, conhecidas por borra (SENAI, 1988). A borra possui uma concentração que varia de 800 a 1200 ppm e é constituída por 50% de material com carbono vindo da caldeira de recuperação e acompanhado por sílica, sulfetos metálicos e outros compostos. A sua remoção acarreta um significativo aumento na eficiência da caustificação e da lavagem nos estágios seguintes.
Durante o processo de clarificação, os sólidos são sedimentados no fundo e retirados por bombeamento para posterior lavagem. A temperatura de operação varia de 80 a 95°C, facilitando a decantação. O licor limpo deixa o equipamento pelo topo dos compartimentos, sendo bombeado para o tanque de armazenagem e, posteriormente, para o apagador de cal, conhecido como slaker.
Figura 45: Clarificador de licor branco de quatro compartimentos
A etapa de caustificação envolve a adição de óxido de cálcio (CaO) ao licor verde para converter o carbonato de sódio (Na2CO3) em hidróxido de sódio (NaOH), produzindo o licor branco. A reação de caustificação se processa em duas etapas:
O óxido de cálcio, a princípio, reage com a água para formar o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) com liberação de calor, sendo essa reação denominada extinção da cal (“slaking”), que corresponde a:
O hidróxido de cálcio reage com o carbonato de sódio para formar o hidróxido de sódio, sendo essa reação denominada caustificação (“causticizing”), simbolicamente:
Fatores que afetam a eficiência do caustificador:
1. Agitação dos componentes do sistema;
1. Temperatura;
1. Tempo de reação.
Dos caustificadores, o lodo é enviado ao clarificador do licor branco para a separação do carbonato de cálcio precipitado, denominado lama de cal – “lime mud”, do licor, agora chamado de licor branco. Esse licor é bombeado para o tanque de armazenagem de licor branco, de onde passa para os digestores.
Nesta etapa é utilizado o decantador por gravidade com várias bandejas, semelhante ao clarificador do licor verde. A lama de cal é retirada do fundo por bombas de fluxo ajustável para o controle da sua consistência, muito importante para o processo de lavagem, realizado posteriormente.
As dimensões do clarificador dependem da velocidade de decantação da lama de cal, que é influenciada pelas seguintes variáveis:
1. Concentração dos sais no licor verde;
1. Proporção entre o carbonato de sódio e sulfeto de sódio;
1. Excesso de óxido de cálcio empregado no apagador de cal para permitir uma conversão entre 85 e 90% na caustificação;
1. Temperatura de hidratação da cal próxima dos 100°C no apagador, para assegurar a formação de cristais do maior tamanho possível na lama de cal nos caustificadores e para uma decantação mais rápida no clarificador do licor branco;
1. Cal de reposição livre de sílica e ferro, formadores potenciais de flocos gelatinosos de difícil decantação do clarificador e causadores de problemas na lavagem da lama de cal e na operação do forno de cal; e
1. Arraste de sabão ou licor negro junto ao licor verde para o apagador, devido à operação incorreta da fornalha, que retardam a decantação.
17.3.8. Caustificação da lama de cal
A prática de se recuperar, por motivos econômicos, a lama de cal em uma planta caustificadora começou há cerca de 30 anos. Os primeiros fornos empregados na indústria de celulose eram menores que os atuais. Economicamente, um forno grande é melhor que dois menores.
A lama de cal do filtro, junto com o calcário de reposição, alimenta o forno (quando a reposição de perda de cal não for feita através da adição de óxido de cálcio diretamente no apagador). A lama passa pelas zonas de eliminação da umidade, de aquecimento e de calcinação propriamente dita. O óxido de cálcio, ainda quente, é transportado para o silo de armazenagem.
Com a lama de cal convenientemente lavada, as dificuldades de operação mais comuns são:
1. Controle de alimentação do forno;
1. Controle da velocidade de revolução do forno;
1. Controle da chama e zona de calcinação; e
1. Controle da ventilação e temperatura.
Muitos fornos são equipados com motor de velocidade variável para facilidade de controla da alimentação. A temperatura na entrada da zona de calcinação deve ser mantida em torno de 816°C.
17.3.9. Oxidação do licor branco
O licor de cozimento polissulfeto pode ser facilmente preparado pela adição de enxofre elementar ou ainda pela oxidação do licor branco.
A oxidação do licor branco kraft produz o polissulfeto utilizando apenas o enxofre normalmente presente no licor, sem alterar a razão enxofre/sódio no licor negro. Entre os mais variados sistemas propostos para a obtenção do licor polissulfeto, por oxidação do licor branco, os mais importantes são:
17.3.9.1. Oxidação pelo óxido manganês:
Devido ao oxidante de manganês ser específico para a oxidação do sulfeto a polissulfeto, com pequena formação de tiossulfato, uma composição diferente do licor polissulfeto é obtida por adição direta de enxofre elementar ao licor branco kraft convencional. Uma vez que a concentração de sulfeto é reduzida ao mesmo tempo que a concentração de polissulfeto é aumentada, obtém-se uma alta razão de enxofre polissulfeto/enxofre sulfeto com um baixo teor total de enxofre. Isto mostra que significantes aumentos de rendimentos podem ser obtidos na polpação polissulfeto sem chegar a altos teores de enxofre total.
A geração de polissulfeto de licores krafts normais por este processo envolve basicamente três etapas:
1. Reação do oxidante sólido com o sulfeto em solução;
1. Separação do oxidante sólido gasto do licor polissulfeto; e
1. Regeneração do oxidante utilizado.
17.3.9.2. Processo MOXY:
O sistema MOXY utiliza somente o teor de enxofre normalmente presente no licor industrial, e por isso não altera a razão enxofre/sódio no licor. A primeira aplicação comercial do sistema MOXY para produzir polissulfeto de sódio e soda cáustica, utilizando-se o licor branco kraft, começou a operar em1973 em uma usina da Mead Corporation.
O preparo do licor é realizado passando em sentido concorrente licor branco e ar comprimido através do enchimento catalítico de uma coluna (reator MOXY). O catalisador é um carvão ativo patenteado pela MEAD. O ar usado é descarregado na atmosfera e o licor oxidado é usado em digestores convencionais. O uso deste licor no cozimento resulta em um aumento de rendimento, quando comparado ao licor kraft a um mesmo n°. Kappa. O licor negro residual da polpação polissulfeto é mais pobre em teor de sulfeto e mais rico em teor cáustico que o comparável licor kraft.
Além da formação de soda cáustica e tiossulfato durante a oxidação do licor branco, existem reações que ocorrem no começo da polpação, que afetam a composição final do licor negro. Pode-se concluir que o aumento de rendimento do cozimento polissulfeto é a soma dos efeitos do enxofre elementar e do polissulfeto. Embora a soda seja consumida em ambas as reações, o consumo é inferior à produção durante a oxidação do licor branco. Isto explica porque não se aumenta a aplicaçãode álcali quando se usa licor oxidado.
Em seguida ao desaparecimento do enxofre polissulfeto, durante as partes iniciais do cozimento, observa-se um aumento da concentração do sulfeto de sódio no digestor contanto que, ainda, exista algum enxofre polissulfeto não reagido presente. Embora a concentração do sulfeto do licor dentro do digestor possa aumentar, ela nunca alcançará o nível de sulfidez encontrado em um correspondente cozimento com licor branco convencional (PINHO, 1979).
17.3.9.3. Oxidação por tratamento eletroquímico
O processo baseia-se na circulação do licor branco de cozimento kraft através de uma célula eletroquímica. A ação da corrente elétrica causa uma conversão parcial do sulfeto de sódio em polissulfeto e enxofre elementar. Esta ação oxidante, durante o estágio inicial do cozimento, aumenta o rendimento da polpa em 3 a 3,5%. O licor negro obtido pelo cozimento eletroquímico não difere em sua composição de um licor negro kraft convencional.
Fatores que afetam a eficiência da oxidação do licor branco:
1. Teor de enxofre/sódio do licor negro;
1. Controle da corrente elétrica, em caso de tratamento eletroquímico;
1. Exposição ao ar, inclusive o contato com oxigênio;
1. Qualidade no licor de cozimento;
1. Teor de álcali residual; e
1. Formação de soda cáustica e tiossulfato.
17.3.10. Deslignificação
A deslignificação no processo kraft envolve a fragmentação degradativa da lignina pelos reagentes e a dissolução dos fragmentos resultantes no licor. A lignina alcalina dissolvida pode ser precipitada pela acidificação da solução e o material assim obtido pode ser objeto de estudo.
Aparentemente, a facilidade de retirada da lignina no cozimento alcalino está relacionada com a sua localização na parede da fibra. No processo kraft, a presença de sulfetos no álcali acelera a deslignificação e melhora, portanto, a qualidade da pasta, que passa a apresentar um menor teor de lignina para um determinado rendimento ou um rendimento mais alto para um determinado teor de lignina.
No estágio inicial da deslignificação, a solubilização da lignina é pequena, da ordem de 15 a 25% do total, dependendo do valor da espécie e das condições de cozimento. Nesta etapa, os carboidratos são dissolvidos e cerca de metade da carga de álcali efetivo é consumida, neutralizando os ácidos formados na dissolução de extrativos e na degradação dos carboidratos. A madeira usada e o teor de umidade têm ligação direta com esse primeiro estágio, induzindo a diminuição da concentração de reagentes. No segundo estágio, ocorre a remoção da maior parte da lignina, havendo uma ligeira diminuição da quantidade de carboidratos e da concentração do licor. A temperatura dessa fase varia de 140 a 150°C.
No estágio da deslignificação residual, a quantidade de carboidratos decresce significativamente, acompanhada por um aumento do consumo do álcali, enquanto a velocidade da deslignificação diminui (SENAI, 1988).
Figura 46: Esquema de composição química das madeiras
Procter, Yean e Goring, aplicando técnicas quantitativas com microscópio no ultravioleta (UV), estudaram a velocidade de remoção de lignina de várias partes da madeira de abeto no cozimento kraft e descobriram que a lignina é removida da camada secundária, preferencialmente, no início do cozimento. Ao atingir cerca de 50% de deslignificação, a lignina da lamela média e dos cantos da célula solubiliza-se rapidamente, deixando a lignina residual na camada secundária.
Fatores que afetam a eficiência da deslignificação:
1. Acidificação da solução;
1. Concentração do licor;
1. Madeira usada (espécie, natureza e estado);
1. Teor de umidade; e
1. Condições de cozimento (carga de álcali ativo, sulfidez, tempo e temperatura).
17.3.11. Secagem da polpa
A pasta celulósica é produzida para ser utilizada em uma indústria integrada ou para ser vendida. Na maioria das vezes, a pasta destinada ao mercado, para fins de transporte, deve ser desaguada ou, geralmente, seca, enfardada e embalada.
Estudos econômicos de transporte definem o tratamento empregado na pasta. Dessa forma, fatores econômicos aconselham a secagem da pasta para evitar custos de transporte de volumes apreciáveis de água e para diminuir o seu volume, permitindo o aproveitamento máximo de um determinado espaço (SENAI, 1998).
Geralmente, a pasta é seca até um teor de umidade entre 5 e 10%, por meio da utilização de máquinas de secar que, principalmente na parte úmida, são muito parecidas com as máquinas de papel. A folha de pasta celulósica é formada na Fourdrinier ou em um cilindro formador, com ou sem vácuo.
Quando o assunto se trata do desempenho de qualquer secador de pasta, é fundamental salientar dois parâmetros importantes:
1. Taxa de evaporação por área (kg de água evaporada/m2/h);
1. Economia de vapor (kg de vapor/kg de água evaporada).
Portanto, existem fatores que influenciam estes parâmetros, são eles:
Taxa de evaporação:
1. Baixa gramatura da folha;
1. Baixo pH da suspensão;
1. Elevada umidade da folha de entrada e de saída;
1. Elevada taxa de reposição de ar; e
1. Elevada temperatura do ar.
Economia de vapor:
1. Baixa taxa de reposição de ar;
1. Balanço apropriado entre ar de exaustão e ar de reposição; e
1. Trocador de calor ar-ar devidamente projetado e em boas condições de operação.
A etapa de secagem pode ser dividida em: etapa de remoção da água situada na superfície dos aglomerados de fibras e etapa de retirada da água do interior das fibras. A temperatura, normalmente na faixa de 50 a 80°C, e a consistência da massa, na faixa de 3 a 5%, são ajustadas antes do seu bombeamento para a prensa desaguadora, geralmente prensa de rolos gêmeos, onde a consistência da pasta é elevada para 45 a 50%.
A pasta é seca e separada do vapor de transporte em um ciclone de alta eficiência. O excesso de vapor gerado pelo sistema é extraído, sendo o vapor de transporte reciclado, através de um ventilador, para o primeiro trocador de calor. A atmosfera de vapor elimina o risco de explosão e evita o superaquecimento da pasta.
17.4. INDICADORES DE PERFORMANCE
KPI é a sigla de Key Performance Indicator, uma estratégia de gestão conhecida em português como Indicador-chave de Desempenho. São ferramentas de gerenciamento para se executar a medição e o resultante nível de desempenho e sucesso de administração dentro de uma empresa ou de um determinado sistema, destacando no “como” e designando quão bem os processos dessa organização, concedendo que seu objetivo seja obtido. (RODRIGUES, 2015)
O objetivo dos indicadores de desempenho é medir o que está sendo realizado e gerenciar de forma adequada para o cumprimento das metas ou departamentais propostas. Os KPIs implicam numa cultura organizacional de melhoria de desempenho e permitem que os gestores de uma organização se comuniquem aos seus liderados o quão ágil um processo é e como seu desempenho está sendo realizado ao longo de um tempo estabelecido. Obtendo demais informações, cabe ao gestor responsável e sua equipe traçar planos de ação para o alcance de determinadas metas ou até mesmo utilizar-se dos KPIs para se inteirar se estão ou não na direção correta. (RODRIGUES, 2015) Os Indicadores de Qualidade priorizam a satisfação dos clientes e as características de produtos ou serviços.
A aplicação dos indicadores de desempenho permite identificar se os processos estão sob controle e onde o processo de melhoria é necessário, permitir ações sobre as causas geradoras de desempenho, além de detectar tendências de perda de desempenho futuro. A medição dos indicadores de desempenho possui diversas finalidades, tais como: comunicar a estratégia e clarear valores; identificar problemas e oportunidades; diagnosticar problemas; entender o processo; definir responsabilidade; melhorar o controle e planejamento; identificar quando e onde a ação é necessária; guiar e mudar comportamentos; tornar o trabalho realizado visível; favorecer o envolvimento das pessoas; servir de base para um sistema de remuneração; e tornar mais fácil o processo de delegação de responsabilidade. (KIYAN, 2001)No geral, existem alguns KPI’s que são extremamente importantes para uma fábrica de papel e celulose (World Paper Mill, 2021), como:
1. Tempo de ciclo: o tempo de ciclo é o tempo médio gasto para produzir um rolo/folha de papel. Isso parece muito simples, no entanto, é um dos KPIs mais poderosos para a fábrica. A métrica do tempo de ciclo às vezes também pode ser medida em relação ao tempo que realmente leva para o produto chegar ao cliente. O tempo de ciclo da fábrica de papel pode ser calculado como o tempo desde o recebimento do pedido até o momento em que ele foi concluído.
1. Giro de estoque: Este fator ajuda a analisar quantas vezes um estoque foi vendido em determinado período para calcular a eficácia do recurso. Os giros de estoque podem ser calculados como o custo de vendas por estoque médio. Resultados mais baixos indicam que vendas fracas estão ocorrendo, mas com estoque bom, enquanto resultados mais altos indicam que você tem boas vendas, mas estoque ruim.
1. Taxa de transferência: a taxa de transferência é um KPI importante para uma fábrica de papel. É útil para analisar as estatísticas de progresso e crescimento da fábrica. A produtividade de uma fábrica de papel é a capacidade de produção de papel dessa fábrica. É a capacidade de produção de uma máquina, linha ou de toda a planta. O rendimento é medido em relação a um tempo específico. Por exemplo: Número de folhas produzidas por dia.
1. Tempo do ciclo cash-to-cash: Um KPI baseado em tempo e dinheiro é importante para analisar os lucros da fábrica. Este KPI mede o tempo decorrido desde o primeiro dinheiro retirado da empresa para a compra de matéria-prima até o momento em que o cliente paga pelos produtos. Nesse caso, o tempo do ciclo de caixa para caixa é o tempo entre o investimento e o retorno.
1. Previsão de demanda: O KPI de previsão de demanda é levado em consideração nas fábricas de papel para avaliar a quantidade de matéria-prima necessária para a produção de papel. Essa previsão pode variar de tempos em tempos e se baseia em fatores incontroláveis frequentes. A demanda pode ser calculada como matéria-prima vezes a taxa de produção.
1. Retorno sobre ativos (ROA): As métricas financeiras são muito importantes em termos de fabricação e lucros. O objetivo final de cada fábrica de papel é obter lucros. O KPI de retorno sobre ativos ajuda a avaliar o desempenho de sua fábrica de papel em termos de dinheiro. Pode ser calculado como o lucro líquido dividido pelo ativo total médio.
1. Entrega no prazo: Uma boa base de clientes é construída com bons serviços e bons produtos. Prestar atendimento pontual aos clientes é essencial para o funcionamento de qualquer negócio. Este KPI calcula quantos pedidos são entregues no prazo e quantos estão atrasados. Isso ajuda a planejar e preparar um cronograma para entregas pontuais no futuro.
1. Horas de treinamento: Pode parecer que o treinamento não é a solução para um trabalho eficiente, porém, é um fator importante para melhorar o desempenho e a produtividade.
1. Produtos defeituosos: Examina o número de produtos defeituosos por lote em relação aos produtos perfeitos. Para obter resultados, divide-se o número de produtos com defeito pelo número total de produtos. Quanto menor for a resposta, melhor. Mas, se o número for consistentemente mais alto, é necessário diminuir a imperfeição fazendo alterações no processo de fabricação de acordo.
1. Devoluções de clientes: O KPI final em que é necessária uma concentração maior. Deve-se sempre acompanhar os pedidos de devolução como seu imperativo. Essa métrica é usada para observar quantos pedidos são devolvidos e quais são os motivos por trás disso.
Para o processo em si, alguns outros KPI’s são importantes para avaliar a performance da fábrica. Abaixo, alguns exemplos:
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0. Consumo específico de madeira – CMAD
O indicador mede o consumo específico de madeira sem casca, com a finalidade de avaliar o aproveitamento da matéria-prima no processo de produção de celulose. Assim, valores menores indicam resultados melhores (BACHMANN, 2009).
(1)
Onde:
Madeira consumida = Volume de madeira, sem casca, para fabricação de celulose no período considerado, em metro cúbico sólido, medido na entrada da fábrica.
Celulose produzida = Quantidade de celulose produzida no digestor no período considerado, em toneladas de celulose seca ao ar (tsa).
0. Sólidos secos gerados no cozimento - TSS
Este indicador mede a quantidade de sólidos secos “virgens” gerados no cozimento, com a finalidade de complementar a avaliação do rendimento do processo de cozimento. Assim, valores menores indicam resultados melhores. (BACHMANN, 2009)
(2)
Onde:
Sólidos secos gerados = Quantidade de sólidos secos “virgens” (orgânicos e inorgânicos) gerados para queima na caldeira de recuperação, em toneladas.
Celulose produzida = Quantidade de celulose produzida no digestor no período considerado, em tsa.
0. Sólidos secos queimados na caldeira – SSQ
Este indicador mede a quantidade de sólidos secos queimados nas caldeiras de recuperação. Assim, valores menores indicam resultados melhores. (BACHMANN, 2009)
(3)
Onde:
Sólidos secos queimados = quantidade de sólidos secos (orgânicos e inorgânicos) do licor negro, queimados (“as fired”) na caldeira de recuperação, em toneladas.
Celulose produzida = quantidade de celulose produzida no digestor no período considerado, em tsa.
0. Consumo específico de cloro ativo – CECAT
O indicador mede o consumo específico de agentes oxidantes no branqueamento de celulose, expresso como cloro ativo, com a finalidade de avaliar a eficiência na utilização destes produtos. Assim, valores menores indicam resultados melhores. (BACHMANN, 2009)
(4)
Onde:
Qoxidante = Quantidade de solução oxidante (dióxido de cloro, hipoclorito de sódio, peróxido de hidrogênio, etc.) utilizada no período considerado, em kg.
Coxidante = Concentração do oxidante na solução usada no branqueamento, expresso em percentual (% peso).
Razão = Razão entre o equivalente de oxidação do cloro molecular (35,5) e o equivalente de oxidação do agente de branqueamento considerado (OXE).
Celulose produzida = Quantidade de celulose produzida no período considerado, em toneladas de celulose seca ao ar (tsa).
0. Produção específica da máquina de secagem
Este indicador é particularmente útil para o acompanhamento histórico do desempenho da máquina de secagem analisada. Com algum cuidado, também serve para a comparação com unidades semelhantes. Valores maiores indicam resultados melhores. (BACHMANN, 2009)
(5)
Onde:
Cseca = Quantidade de celulose seca, em tsa.
Tp = Tempo de operação da secadora, em horas.
Lmax = Largura máxima útil da secadora, em metros.
17.5. FERRAMENTAS QUE AJUDAM NO CONTROLE DA QUALIDADE
17.5.1. Kaisen
O Kaizen é baseado em um sistema simples de resoluções dos problemas e qualquer ideia. Atualmente, tem sido chamado de “a filosofia mais poderosa da administração” por dispor de ferramentas que envolvem todos os membros de uma empresa, em busca de constante melhoria. A ferramenta foi desenvolvida e aplicada pelo engenheiro Taichi Ohno e ficou mundialmente conhecido por sua intensa aplicação pelo Sistema Toyota de Produção, que se baseava em esforços contínuos para melhoria do sistema. (BARRAGAN, 2018)
Traduz-se Kaizen como Kai = melhoria / Zen = contínua, o que não se restringe a fazer apenas o melhor das coisas, mas também buscar resultados específicos como eliminação de desperdício, de tempo, dinheiro, material e esforço, elevar a qualidade de produtos, serviços, relacionamentos, a conduta pessoal e desenvolvimento de empregados, bem como reduzir os custos de projeto, fabricação, estoque e distribuição, transformando o atendimento ao cliente em um processo natural e interminável. (FONSECA, 2016)
Há dois níveis de Kaizen: o de fluxo ou de sistema e de processo. O primeiro dá ênfase no fluxo de valor, dirigido ao gerenciamento, já o segundo enfoca os processos individuais, e é direcionadoàs equipes de trabalho e líderes de equipe.
Figura 47: Níveis de Kaizen, segundo Rother e Shook (2003).
O primeiro dos dez mandamentos do Kaisen diz que o desperdício é o inimigo nº1 de uma organização (KAIZEN, Institute). Diante disso, a metodologia aplicada será a “Produção Puxada” que faz com que o consumidor puxe a produção, eliminando estoques e dando valor ao produto. Será estabelecido um fluxo contínuo para o produto, os materiais e as informações com o objetivo de reduzir as atividades que não agregam valor. Além de priorizar o produto e suas necessidades, reduzindo ao máximo o tempo de setup dos equipamentos.
17.5.2. DMAIC
O DMAIC é uma ferramenta que permite identificar, quantificar e reduzir a variabilidade de um determinado processo, e é delineado pelas fases: define (definir), measure (medir), analyse (analisar), improve (melhorar) e control (controlar). Este método configura uma das ferramentas que compõem os métodos de solução de problemas do Seis Sigma. (HOLANDA et al., 2013)
Essa ferramenta visa melhorar o processo selecionando itens corretamente e abordando as etapas de resolução de problemas organizadas de forma cíclica e contínua, contribuindo no processo de melhoria contínua. A integração de várias ferramentas no estágio DMAIC ajuda a construir um método sistemático e padronizado que pode promover a redução de defeitos e taxas de falha de produtos e/ou serviços e/ou processos na organização. (BRAITT et al., 2014)
A seguir, tem-se um breve detalhamento de cada etapa do DMAIC.
· Etapa D–Define (Definir): Nesta primeira etapa, deverão ser analisados os requisitos do cliente e as necessidades do negócio, deve-se identificar os processos críticos responsáveis pela geração de maus resultados. A meta e o escopo deverão ser bem definidos.
· Etapa M – Measure (Mensurar): Nesta fase, o problema deve ser refinado e focado, e a investigação dos dados e a análise do sistema de medição da variável de saída deve ser desenvolvida. A coleta de dados é essencial para verificar e quantificar questões e oportunidades, a fim de determinar prioridades e tomar decisões sobre os padrões exigidos.
· Etapa A – Analyse (Analisar): Na terceira etapa, o sistema deve ser analisado para determinar como reduzir a lacuna entre o desempenho atual do sistema ou processo e a meta esperada. O software estatístico também é usado para realizar cálculos e gráficos para entender as falhas e mudanças do processo.
· Etapa I – Improve (Melhorar): Etapa específica para melhorar os processos existentes. Portanto, é necessário converter os dados obtidos na etapa de análise em elementos do processo, para que a equipe observe as mudanças que devem ser implementadas.
· Etapa C – Control (Controlar): Por fim, é confirmada a implementação de melhorias, resolução de problemas, verificação dos benefícios alcançados, mudanças necessárias em procedimentos e instruções de trabalho, implementação de ferramentas de controle e, por fim, auditoria de processos e monitoramento de desempenho.
Para a implementação da metodologia DMAIC na empresa, inicialmente, os projetos a serem desenvolvidos terão um cronograma de reuniões gerenciais mensais para a definição dos problemas. Será construído um Mapa de Processo de forma a identificar as variáveis críticas e os ruídos que causam alguma falha ou atraso no processo. Também será feita a implantação de uma lista de verificação para o controle das variações de consumos para o melhor entendimento das tendências e ocorrências que afetavam o desempenho dos equipamentos. Após realizada a análise e identificada as causas fundamentais do problema, será elaborado um plano de ação seguindo o 5W1H. Esse método consiste em um formulário de perguntas de forma organizada que ajuda a identificar as ações, onde estas ações serão realizadas, o porquê destas ações, quem irá executa-las, quando e como será a execução das mesmas. Finalizado cada cronograma, será avaliado quais metas foram cumpridas e quais problemas foram resolvidos e em caso de resultados negativos será feito uma reavaliação das ações.
17.5.3. PDCA
17.5.3.1. Gestão de projetos
A preocupação com o uso de métodos, para se alcançar um determinado resultado, sejam eles quantitativos ou qualitativos, pode ser observada em diversos estudos científicos. De acordo com Pereira (2004), os métodos constituem uma ferramenta de se agruparem resultados e obter-se uma melhor compreensão geral acerca de um fenômeno que foi analisado. O método PDCA é muito utilizado pelas organizações com a finalidade de gerenciar os seus processos internos de forma a garantir o alcance de metas estabelecidas, tomando as informações como fator de direcionamento das decisões.
Figura 48: Método PDCA de gerenciamento de processos.
A Figura 6 representa as fazes do PDCA, realizando uma análise detalhada de cada uma das fases, tem-se:
A primeira fase corresponde ao PLAN (planejamento) onde são definidas as metas ideais, ou seja, itens de controle do processo analisado, estabelecendo-se os métodos para a sua consecução.
A segunda etapa compreende o DO (execução), em que se faz necessária a educação e o treinamento das pessoas envolvidas, com a execução efetiva das ações planejadas. De forma paralela, as informações geradas no processo devem ser registradas.
A terceira etapa comporta o CHECK (verificação) e tem por finalidade comparar a execução (a partir dos dados registrados) com o planejamento. Essa é a fase chave para analisar se os resultados propostos inicialmente foram ou não alcançados.
A quarta etapa, ACTION desenvolve ações corretivas. Nesta fase, a partir dos resultados alcançados, tem-se dois caminhos distintos a seguir: se a verificação mostrou que não foi possível atingir os resultados propostos, deve-se partir para o estudo de ações corretivas e a seguir retomar o método PDCA; porém se os resultados propostos foram atingidos, deve-se então padronizar o processo, assegurando assim sua continuidade.
17.5.3.2. Melhoria de resultados
Pode-se perceber que o PDCA poderá ser utilizado para manter um resultado atingido ou para buscar um resultado melhor.
A utilização para manutenção do nível de controle ou cumprimento das diretrizes de controle, se dá quando o processo é repetitivo e o plano contém uma meta composta por uma faixa aceitável de valores e método que corresponde ao procedimento padrão de operação. Já na utilização para trazer melhorias ao nível de controle, o processo não é repetitivo e o plano conta com uma meta que é um valor definido e com um método, que compreende procedimentos necessários para se atingir uma meta.
Figura 49: PDCA aplicado com os objetivos de manter e melhorar
17.5.4. Ferramentas da qualidade na gestão de projetos
Para gerenciar os processos e ser capaz de tomar decisões com maior precisão, faz-se necessário trabalhar com base em fatos e dados, ou seja, informações geradas no processo. Ademais é extremamente importante que haja um compilado correto das informações disponíveis como forma de eliminar o empirismo.
A fim de auxiliar na gerência do processo, existem técnicas eficazes, denominadas de ferramentas da qualidade, que são capazes de propiciar a coleta, o processamento e a disposição clara das informações disponíveis relacionadas aos processos gerenciados dentro das organizações.
Tais ferramentas possuem grande utilidade, pois quando as pessoas que começam a dominar e praticar o método PDCA, surge a necessidade de dominar as técnicas de tratamento das informações dentro do sistema.
As ferramentas da qualidade que podem contribuir com a implantação da prática do método PDCA de gerenciamento de processos: a) - Diagrama de Causa e Efeito, b) - Estratificação, c) - Gráfico de Pareto, d) - 5W2H, e) - Folha de verificação.
1. Diagrama de causa e efeito de Ishikawa
Esta ferramenta consiste em uma técnica simples e eficaz na enumeração das possíveis causas de um determinado problema. As causas são agrupadas em famílias para facilitar sua análise, sendo relacionadas com o efeito causado de forma visual e clara.
1. EstratificaçãoTécnica utilizada para subdividir ou estratificar o problema em estudo em partes menores. Ela facilita sua investigação e análise para posteriormente buscar por soluções. O objetivo é quebrar em partes o problema segundo suas origens.
1. Gráfico de Pareto
O Gráfico de Pareto aponta quantitativamente as causas mais significativas, em sua ordem decrescente, identificadas a partir da estratificação.
1. 5W2H
Método baseado em aplicar ações corretivas após as etapas onde são levantadas às causas prováveis são finalizadas. É uma ferramenta poderosa que funciona como um plano de ação simplificado:
Figura 50: 5W2H: Esquema da ferramenta de qualidade.
1. Folha de Verificação
A folha de verificação possui formato livre e de simples manuseio. Ela é capaz de comparar o efetivo e planejado. Esta ferramenta favorece o monitoramento e auxilia na avaliação da eficácia das ações corretivas adotadas. Ela geralmente é utilizada após o plano de ação (5W2H) ser definido e implantadas as medidas, pois a partir disso o próximo passo é monitorar o processo, registrando dados (coletando informações) na Folha de Verificação.
Realizando uma análise geral das Ferramentas da Qualidade citadas acima, é possível concluir que elas devem ser utilizadas para a coleta, organização e processamento das informações. Elas também representam os meios pelos quais se faz possível implementar o método PDCA de gerenciamento de processos.
18. ANÁLISE DE SEGURANÇA OPERACIONAL
Como uma indústria de grande porte, algumas normas de segurança são de extrema necessidade e obrigação em toda a planta, bem como para sinalizações e alarmes, extintores de incêndio, lava-olhos. Também será feito um programa para melhoria com ajuda dos próprios funcionários, pois eles como vivenciam diariamente, seus feedbacks e projetos serão importantes para melhorar ainda mais a segurança.
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18.1. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO COLETIVA (EPC) E INDIVIDUAL(EPI)
Equipamentos de Proteção Coletiva – EPC e Equipamentos de Proteção Individual - EPI Os EPC’s são equipamentos que têm o objetivo de proteger os trabalhadores dos riscos fornecidos pelo ambiente de trabalho, de maneira coletiva. Eles devem ser fornecidos pela empresa e são equipamentos instalados, podendo ser fixo ou móvel, para garantir a segurança dos trabalhadores durante uma determinada atividade. Devem ser de fácil acesso e sinalização. Os equipamentos de proteção coletiva visam prevenir os trabalhadores que estejam transitando pelo ambiente de qualquer acidente que possa ocorrer, reduzir ou até mesmo anular qualquer risco comum a todos e minimizar perdas e aumentar a produtividade ao fornecer um trabalho mais seguro.
Segundo a NR-01, cabe ao empregador:
a) Cumprir e fazer cumprir as disposições legais e regulamentares sobre segurança e saúde no trabalho;
b) Informar aos trabalhadores:
I. Os riscos ocupacionais existentes nos locais de trabalho;
II. As medidas de prevenção adotadas pela empresa para eliminar ou reduzir tais riscos;
III. Os resultados dos exames médicos e de exames complementares de diagnóstico aos quais os próprios trabalhadores foram submetidos;
IV. Os resultados das avaliações ambientais realizadas nos locais de trabalho.
c) Elaborar ordens de serviço sobre segurança e saúde no trabalho, dando ciência aos trabalhadores;
d) Permitir que representantes dos trabalhadores acompanhem a fiscalização dos preceitos legais e regulamentares sobre segurança e saúde no trabalho;
e) Determinar procedimentos que devem ser adotados em caso de acidente ou doença relacionada ao trabalho, incluindo a análise de suas causas;
f) Disponibilizar à Inspeção do Trabalho todas as informações relativas à segurança e saúde no trabalho;
g) Implementar medidas de prevenção, ouvidos os trabalhadores, de acordo com a seguinte ordem de prioridade:
I. Eliminação dos fatores de risco;
II. Minimização e controle dos fatores de risco, com a adoção de medidas de proteção coletiva;
III. Minimização e controle dos fatores de risco, com a adoção de medidas administrativas ou de organização do trabalho;
IV. Adoção de medidas de proteção individual. Equipamentos de proteção individual: utilização, locais que implicam necessidade e preço.
Para os fins de aplicação desta Norma Regulamentadora - NR, considera-se Equipamento de Proteção Individual - EPI, todo dispositivo ou produto, de uso individual utilizado pelo trabalhador, destinado à proteção de riscos suscetíveis de ameaçar a segurança e a saúde no trabalho. Entende-se como Equipamento Conjugado de Proteção Individual, todo aquele composto por vários dispositivos, que o fabricante tenha associado contra um ou mais riscos que possam ocorrer simultaneamente e que sejam suscetíveis de ameaçar a segurança e a saúde no trabalho.
A empresa é obrigada a fornecer aos empregados, gratuitamente, EPI adequado ao risco, em perfeito estado de conservação e funcionamento, nas seguintes circunstâncias:
a) sempre que as medidas de ordem geral não ofereçam completa proteção contra os riscos de acidentes do trabalho ou de doenças profissionais e do trabalho;
b) enquanto as medidas de proteção coletiva estiverem sendo implantadas; e,
c) para atender a situações de emergência.
Cabe ao empregador quanto ao EPI:
a) adquirir o adequado ao risco de cada atividade;
b) exigir seu uso;
c) fornecer ao trabalhador somente o aprovado pelo órgão nacional competente em matéria de segurança e saúde no trabalho;
d) orientar e treinar o trabalhador sobre o uso adequado, guarda e conservação;
e) substituir imediatamente, quando danificado ou extraviado;
f) responsabilizar-se pela higienização e manutenção periódica; e,
g) comunicar ao MTE qualquer irregularidade observada ao registrar o seu fornecimento ao trabalhador, podendo ser adotados livros, fichas ou sistema eletrônico.
Cabe ao empregado quanto ao EPI:
a) usar, utilizando-o apenas para a finalidade a que se destina;
b) responsabilizar-se pela guarda e conservação;
c) comunicar ao empregador qualquer alteração que o torne impróprio para uso;
d) cumprir as determinações do empregador sobre o uso adequado.
18.1.1. EPI PARA PROTEÇÃO DA CABEÇA
18.1.1.1. Capacete
Capacete para proteção contra: impactos de objetos sobre o crânio, choques elétricos e para proteção do crânio e face contra agentes térmicos.
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18.1.1.2. Capuz ou balaclava
Capuz para proteção do crânio, face e pescoço contra respingos de produtos químicos e crânio e pescoço contra riscos de origem térmica;
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18.1.2. EPI PARA PROTEÇÃO DOS OLHOS E FACE
18.1.2.1. Óculos
Óculos para proteção dos olhos contra impactos de partículas volantes;
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18.1.2.1.
18.1.2.2. Protetor facial
Protetor facial para proteção da face contra impactos de partículas volantes e face contra riscos de origem térmica;
18.1.3. EPI PARA PROTEÇÃO AUDITIVA
18.1.3.1. Protetor auditivo
Protetor auditivo circum-auricular para proteção do sistema auditivo contra níveis de pressão sonora superiores ao estabelecido na NR-15.
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18.1.4. EPI PARA PROTEÇÃO RESPIRATÓRIA
a) Respirador purificador de ar não motorizado
b) Respirador purificador de ar motorizado
c) Respirador de adução de ar tipo linha de ar comprimido
d) Respirador de adução de ar tipo máscara autônoma
e) Respirador de fuga
18.1.5. EPI PARA PROTEÇÃO DO TRONCO
18.1.5.1. Vestimentas
a) Vestimentas para proteção do tronco contra riscos de origem térmica;
b) Vestimentas para proteção do tronco contra riscos de origem mecânica;
c) Vestimentas para proteção do tronco contra riscos de origem química;
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18.1.6. EPI PARA PROTEÇÃO DOS MEMBROS SUPERIORES
18.1.6.1. Luvas
Luvas para proteção das mãos contra choques elétricos, agentes térmicos, agentes químicos, contra vibrações.
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18.1.6.2. Creme protetor
Creme protetor de segurança para proteção dos membros superiores contra agentes químicos.
18.1.6.3. Manga
Manga para proteção do braço e do antebraço contra choques elétricos, contra agentes abrasivos e escoriantes, contra agentes térmicos.
18.1.6.3.1. Braçadeiras
Braçadeira para proteção do antebraço contra agentes cortantes e escoriantes.
18.1.7. EPI PARA PROTEÇÃO DOS MEMBROS INFERIORES
18.1.7.1. Calçado
a) calçado para proteção contra impactos de quedas de objetos sobre os artelhos,
b) calçado para proteção dos pés contra agentes provenientes de energia elétrica, contra agentes térmicos, abrasivos e escoriantes, contra agentes cortantes e perfurantes, contra umidade proveniente de operações com uso de água e contra respingos de produtos químicos.
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18.1.7.2. Meia
Meia para proteção dos pés contra baixas temperaturas.
18.1.7.3. Perneira
Perneira para proteção da perna contra agentes abrasivos e escoriantes, contra agentes térmicos, contra respingos de produtos químicos e contra agentes cortantes e perfurantes.
18.1.7.4. Calça
Calça para proteção das pernas contra respingos de produtos químicos e contra agentes térmicos.
18.1.8. EPI PARA PROTEÇÃO DO CORPO INTEIRO
18.1.8.1. Macacão
Macacão para proteção do tronco e membros superiores e inferiores contra agentes térmicos e contra respingos de produtos químicos;
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18.1.8.2. Vestimenta de corpo inteiro
Vestimenta para proteção de todo o corpo contra respingos de produtos químicos e contra choques elétricos.
18.2. PLACAS DE SINALIZAÇÃO DE SEGURANÇA DO TRABALHO
Tem como principal objetivo instruir sobre obrigações, riscos, indicações e alertas em geral no local de trabalho.
No setor de armazenamento de produto acabado e em locais com potencial risco de incêndio ou explosão, deve-se utilizar sinalização de alerta conforme ABNT NBR 16820:2020.
Figura 51: Usado em locais onde houver presença de materiais altamente inflamáveis
Figura 52: Usado em locais onde o consumo de cigarro pode aumentar o risco de incêndio
Figura 53: Usado em locais onde a utilização de chamas pode aumentar o risco de incêndio.
Figura 54: Para qualquer local sujeito a depósito de mercadoria onde a obstrução possa apresentar perigo de acesso às saídas de emergência, rotas de fugas, equipamentos de combate a incêndio.
18.3. EXTINTORES DE INCÊNDIO
Devem-se determinar as áreas em que devem ser instalados os extintores de incêndio com base na distância do caminho máximo a ser percorrido até se alcançar um extintor. Este é tem sua classificação determinada em função de sua “Carga de Incêndio”, que leva em conta a tabela abaixo. É apresentada a classificação das edificações e áreas de risco quanto à carga de incêndio em MJ/m2 (megajoule por metro quadrado).
Tabela 16: Classificação das edificações e áreas de risco quanto à carga de incêndio.
Risco
Carga de incêndio
Baixo
até 300MJ/m²
Médio
Entre 300 e 1.200MJ/m²
Alto
Acima de 1.200MJ/m²
O caminho máximo a ser percorrido para se alcançar um extintor deverá ser de 15 metros para os riscos “alto”, 20 metros para os riscos “médios” e 25 metros para os riscos “baixos”. Essa distribuição deve ser iniciada com a colocação de um extintor a não mais de 5 metros da entrada principal ou da escada, nos pavimentos superiores.
Todos os extintores devem ser sinalizados conforme figura abaixo, com exceção dos casos em que são colocados em armários ou nichos conforme a ABNT NBR 16820:2020.
Figura 55: Sinalização de Equipamentos de Combate a Incêndio.
Assim como as demais sinalizações, a NBR 16820 expõe a função dessa sinalização: indicar a localização e os tipos de equipamentos de combate a incêndio e alarme disponíveis. A tabela abaixo ilustra essas sinalizações.
Tabela 17: Símbolos da sinalização de proibição e seus respectivos códigos, significados, forma e cor e aplicação.
Tabela 18: Símbolos da sinalização de proibição e seus respectivos códigos, significados, forma e cor e aplicação.
Para que o combate ao fogo seja eficiente, é necessário compreender a sua origem, e por consequência em qual classificação ele se encaixa, pois a maneira de se remediar o fogo depende, necessariamente, do tipo de fogo. Tal classificação é apresentada na Norma Regulamentadora (NR) 23, como segue:
· Classe A: materiais de fácil combustão com a propriedade de queimarem em sua superfície e profundidade, e que deixam resíduos. Ex.: tecidos, madeira, papel, etc;
· Classe B: são considerados os inflamáveis os produtos que queimem somente em sua superfície, não deixando resíduos. Ex.: óleo, graxas, vernizes, tintas, gasolina, etc.
· Classe C: quando ocorrem em equipamentos elétricos energizados como motores, transformadores, quadros de distribuição, fios, etc;
· Classe D: elementos pirofóricos como magnésio, zircônio, titânio, entre outros. Independente da classe do fogo seu combate consiste em anular o chamado triângulo do fogo, isto é, impedir o acesso da chama ao combustível, eliminar a ação do comburente ou eliminar a ação da fonte de calor.
Desse modo, os extintores presentes na planta serão os mostrados na tabela abaixo.
Extintor
Indicação
Água (H2O)
É indicado para incêndios da classe A. Seu princípio de extinção é por resfriamento e age em materiais como madeiras, tecidos, papéis, borrachas, plásticos e fibras orgânicas.
Extintor à base de Espuma
É indicado para incêndios da classe A. Seu princípio de extinção é por resfriamento e age em materiais como madeiras, tecidos, papéis, borrachas, plásticos e fibras orgânicas.
Extintor com carga de dióxido de carbono
(CO2)
É indicado para incêndios das classes B e C.
Seu princípio de extinção ocorre por abafamento e resfriamento e age em materiais combustíveis e líquidos inflamáveis e também contra fogo oriundo de equipamentos elétricos.
Pó Químico B/C
É indicado para incêndios da classe B e C. Seu princípio de extinção é por meio de reações químicas.
Pó Químico A/B/C
É indicado para incêndios da classe A, B e C. Seu princípio de extinção é por meio de reações químicas e abafamento (para incêndios da classe A) e pode ser usado para a contenção de fogo de praticamente qualquer natureza.
Espuma mecânica
É indicado para incêndios da classe A e B e seu uso é proibido para incêndios de classe C. Seu princípio de extinção é por meio de abafamento e resfriamento.
Também é necessário haver uma brigada de incêndio na própria fábrica para servir como primeiro combate em caso de acidentes com explosões e incêndios, principalmente porque na maioria das vezes as unidades industriais se situam a uma distância relativamente grande dos centros urbanos. A brigada de incêndio consiste em grupo organizado de pessoas treinadas e capacitadas para atuar na prevenção e no combate de um princípio de incêndio além de poder prestar os primeiros socorros dentro da usina. Tem como objetivo proteger a vida e o patrimônio bem como reduzir as consequências iniciais do sinistro e dos danos ao patrimônio e ao meio ambiente. São responsabilidades da brigada de incêndio ações de prevenção e de emergência entre as quais se destacam:
a) Ações de prevenção:
· Avaliação dos riscos existentes;
· Inspeção geral dos equipamentos de combate a incêndio;
· Inspeção geral das rotas de fuga;
· Elaboração de relatório das irregularidadesencontradas;
· Encaminhamento de relatório aos setores competentes;
· Orientação a população fixa e flutuante;
· Prática de exercícios simulados.
b) Ações de emergência:
· Identificação da situação;
· Alarme/abandono de área;
· Corte de energia;
· Acionamento do Corpo de Bombeiros e/ou ajuda externa;
· Primeiros socorros;
· Combate ao princípio de incêndio;
· Recepção e orientação ao Corpo de Bombeiros;
18.4. SISTEMA DE ALARME
Conforme a NR 23 - Proteção Contra Incêndios, para estabelecimentos de riscos elevados ou médios, deve haver um sistema de alarme capaz de dar sinais perceptíveis em todos os locais da construção, sendo que cada pavimento do estabelecimento deverá ser provido de um número suficiente de pontos capazes de pôr em ação o sistema de alarme adotado.
As campainhas ou sirenes de alarme deverão emitir um som distinto em tonalidade e altura de todos os outros dispositivos acústicos do estabelecimento e os botões de acionamento de alarme devem ser colocados nas áreas comuns dos acessos dos pavimentos, em lugar visível e no interior de caixas lacradas com tampa de vidro ou plástico, facilmente quebrável. Esta caixa deverá conter a inscrição "Quebrar em caso de emergência".
18.5. ESCADAS E SAÍDAS DE EMERGÊNCIA
Para todas as escadas da planta deve-se utilizar a sinalização de orientação e salvamento a fim de indicar rotas de saída e as ações necessárias para o seu acesso e uso adequado.
Estas devem ser constituídas de material incombustível, oferecer resistência ao fogo, ter, num mesmo lanço, larguras e alturas iguais, devem ser antiderrapantes conforme ABNT NBR 16820:2020 e permanecerem antiderrapantes com uso e dotados de corrimão de ambos os lados da escada.
Figura 56: Indicação do sentido de fuga no interior das escadas
Figura 57: Indicação do sentido (esquerda ou direita) de uma saída de emergência, especialmente para ser fixado em colunas
Figura 58: Indicação da saída de emergência, com ou sem complementação do pictograma fotoluminescente (seta ou imagem, ou ambos)
18.6. SEGURANÇA INDUSTRIAL NA LEGISLAÇÃO BRASILEIRA
No que se refere à legislação pertinente à segurança industrial, a lei brasileira é baseada em um conjunto de normas, referenciadas como Normas Regulamentadoras – NR. Diferentemente dos regulamentos técnicos, existem ainda normalizações técnicas, que não possuem força de lei. São normas elaboradas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e homologadas pelo Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO). Ao estar em conformidade com as normas técnicas é possível poupar tempo, esforço e despesas às indústrias.
Em relação à segurança contra incêndios, a ABNT possui um comitê específico para estudos nessa área além de existir também um conjunto de regras, chamados regulamentos, desenvolvidos por cada estado da federação ou até mesmo por municípios, e a sua validade encontra-se restrita a estes respectivos locais.
As NR-13 e NR-23, por sua vez, tratam, respectivamente, da operação de caldeiras e vasos de pressão, e da proteção contra incêndios. Tais normas definem os procedimentos de operação segura dos equipamentos, as práticas de prevenção de acidentes, as precauções e as ações a serem tomadas em caso de acidentes.
18.7. LAVA-OLHOS
Conforme ABNT NBR 16291:2014 o Lava Olhos e Chuveiros de Emergência tem a finalidade de eliminar ou minimizar os danos causados por acidentes nos olhos e/ou face ocorridos nas dependências da empresa.
18.8. ANÁLISE DOS EQUIPAMENTOS
18.8.1. PÁTIO DA MADEIRA
18.8.1.1. CAPACITAÇÃO
Para efeito da NR-13, será considerado operador de caldeira aquele que satisfizer uma das seguintes condições:
a. Possuir certificado de Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras e comprovação de estágio prático.
b. Possuir certificado de Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras previsto na NR 13 aprovada pela Portaria SSMT nº 02, de 08 de maio de 1984 ou na Portaria SSST nº 23, de 27 de dezembro de 1994.
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18.8.1.2. TREINAMENTOS
Todos os treinamentos listados abaixo devem ser comprovados por meio de listas de presença e/ou certificados com indicações da data de realização, carga horária, instrutor responsável e conteúdos programáticos abordados.
Além disso, deve ser abordado em cada um o uso de equipamento de proteção pessoal, práticas de trabalho pelas quais o empregado pode minimizar riscos de perigos, o uso seguro de controles e equipamentos de engenharia no local e os requisitos de vigilância médica, incluindo reconhecimento de sintomas e sinais que possam indicar superexposição a riscos.
Esse treinamento é destinado a todos os funcionários profissionais que interajam em instalações com perigo de acidentes, como decapitação e queimaduras, assim realizando medidas de controle e sistemas preventivos, garantindo a segurança e a saúde dos trabalhadores que trabalham direta ou indiretamente na área.
· Causas de acidente
· Revisão da análise de risco
18.8.1.2.1. Norma Regulatória: NR 12 - Segurança em Máquinas e Equipamentos
Esse treinamento da NR-12 é destinado aos profissionais que trabalham diretamente com máquinas e equipamentos.
O treinamento deve contemplar:
· Segurança para riscos mecânicos, elétricos e outras fontes de energia;
· Princípios de segurança em instalações e serviços em eletricidade;
· Princípios de segurança na utilização das máquinas e equipamentos;
· Análise de Riscos e identificação de Perigos em máquinas e equipamentos e as proteções específicas;
· Funcionamento das proteções, em que circunstâncias podem ser removidas e como e por que devem ser usadas;
· Sistema de bloqueio de funcionamento da máquina e equipamento durante operações de inspeção, limpeza, lubrificação e manutenção;
· Procedimentos de trabalho, segurança e ordens de serviço;
· Capacitação e treinamento para os colaboradores envolvidos na manutenção e operação de máquinas;
· Movimentação, transporte, manuseio e armazenagem de materiais;
· Movimentação, transporte, manuseio e armazenagem de materiais;
· A limitação dos EPIs utilizados na manutenção e operação de máquinas;
· Sinalização de segurança e delimitação de área de risco;
· Apresentação de diversas NBRs aplicáveis a segurança de máquinas;
· Elaboração da documentação exigida pela fiscalização;
18.8.1.2.2. Norma Regulatória: NR 13 - Segurança em Caldeiras
Esse treinamento da NR-13 é destinado aos profissionais que trabalham diretamente com caldeiras.
O treinamento deve contemplar:
· Ser supervisionado tecnicamente por PH;
· Princípios de segurança em caldeiras;
· Análise de Riscos e identificação de Perigos em caldeiras e as proteções específicas;
· Funcionamento das proteções, em que circunstâncias podem ser removidas e como e por que devem ser usadas;
· Sistema de alarme de emergência;
· Procedimentos de trabalho, segurança e ordens de serviço;
· A limitação dos EPIs utilizados na proximidade da caldeira;
· Sinalização de segurança e delimitação de área de risco;
· Apresentação de diversas NBRs aplicáveis a segurança de máquinas;
· Elaboração da documentação exigida pela fiscalização;
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18.8.2. COZIMENTO
No processo de fabricação de papel e celulose a etapa de cozimento ocorre através de quatro equipamentos, sendo eles: Caldeira de recuperação, calcinador, difusor e filtro de lavagem. A seguir iremos apresentar as Medidas de Segurança e Saúde no Trabalho de cada um dos equipamentos citados:
18.8.3. CALDEIRA
Como já relatado, a caldeira de recuperação tem a função de incinerar a carga poluente do licor preto para minimizar impacto ambiental, gerar energia térmica, co-gerar energia elétrica, e recuperar os reagentes inorgânicos.
18.8.3.1. SITUAÇÕES DE EMERGÊNCIA:
· Vazamento de água ou vapor:
Como proceder:
· Se o vazamento for nos tubos ou espelhos,fazer procedimento de parada da caldeira.
· Se for em válvulas, flange ou tampa, avaliar a intensidade e decidir por uma parada imediata ou parada programada.
· Retrocesso:
Este fato ocorre quando a pressão interna na fornalha da caldeira é maior que a pressão ambiente (Casa de Caldeira).
Como proceder:
1. Desligue imediatamente o queimador ou pare de alimentar a caldeira;
2. Interrompa o suprimento de combustível;
3. Verifique se há acúmulo de óleo no interior da fornalha; em caso afirmativo, limpe-a completamente;
4. Verifique se a caldeira sofreu algum dano, em caso afirmativo chame o departamento de manutenção;
5. Procure determinar a causa da explosão;
6. Se você tiver certeza de que a caldeira não foi danificada, promova então a ventilação da fornalha (aprox. 10 minutos), a fim de que os gases sejam expelidos para fora;
7. Tente reacender a caldeira;
8. Se o queimador desligar em segurança e você não conseguir acendê-lo após a terceira tentativa, interrompa esta operação, procure determinar o defeito; caso não encontre chame um mecânico.
· Nível de água abaixo do limite mínimo
Como proceder na caldeira a óleo:
Coloque a chave do queimador na posição desligado;
1. Se a água é ainda visível no nível de vidro (visor), acione o controle manual da bomba fazendo com que se restabeleça o nível normal; se a bomba não funcionar.
2. utilize a bomba de reserva ou o injetor;
3. Se a água não é visível no nível de vidro (visor), não reponha água, alivie a pressão usando a válvula de segurança; deixe a caldeira esfriar, pois do contrário a água pode causar sérios danos à caldeira (choque térmico, explosões);
4. No caso anterior e após o resfriamento da caldeira, deve-se realizar uma inspeção minuciosa a fim de que se possa identificar os danos causados. O motivo que ocasionou a falta de água deverá ser identificado e corrigido antes de voltar a completar o nível da água;
5. Verificar o sistema de instrumentação elétrica.
Como proceder na caldeira a lenha/carvão:
1. Interrompa imediatamente a alimentação do combustível;
2. Abafe o fogo, impedindo a entrada de ar.
3. Não tente apagar o fogo da fornalha com água;
4. Se a água é ainda visível no nível de vidro (visor), acione o controle manual da bomba fazendo com que se restabeleça o nível normal: se a bomba não funcionar utilize a bomba reserva ou o injetor;
5. Se a água não é visível no nível do vidro (visor), não reponha água, alivie a pressão do vapor usando a válvula de segurança; deixe a caldeira esfriar, pois do contrário a água pode causar sérios danos à caldeira (choque térmico, explosões);
6. No caso anterior e após o resfriamento da caldeira, deve-se realizar uma inspeção minuciosa a fim de que se possa identificar os danos causados. O motivo que ocasionou a falta d’água deverá ser identificado e corrigido antes de voltar a completar o nível da água;
7. Verificar o sistema de instrumentação elétrica.
· Nível de água acima do limite máximo
Como proceder:
1. Desligar (ou interromper) imediatamente a alimentação de água;
2. Certificar-se de que o nível está alto, muitas caldeiras foram perdidas devido a esse engano;
3. Efetuar a descarga de fundo, até que o nível normal seja restabelecido;
4. Informar imediatamente ao departamento de manutenção o fato ocorrido.
· A pressão do vapor sobe, mas a válvula de segurança não abre (P > P.M.T.A.)
Como proceder:
Apagar completamente o fogo;
1. Em caso de caldeiras a lenha ou carvão, fechar a entrada de ar no cinzeiro e a borboleta da chaminé para abafar o fogo;
2. Abrir as portas da fornalha para resfriar as tubulações e refratários e em último caso, tirar o combustível de dentro da fornalha manualmente (através de barras de ferro ou similares);
3. Providenciar a abertura da válvula imediatamente.
A válvula de segurança abre, mas a pressão do vapor continua a subir.
Como proceder:
1. Apagar completamente o fogo;
2. Em caso de caldeiras a lenha ou carvão, fechar a entrada de ar no cinzeiro e a borboleta da chaminé para abafar o fogo;
3. Abrir as portas da fornalha para resfriar as tubulações e refratários e em último caso, tirar o combustível de dentro da fornalha manualmente (através de barras de ferro ou similares).
· Falta de energia elétrica.
Como proceder:
1. Fechar imediatamente a válvula principal de saída de vapor; observar a pressão indicada no manômetro da caldeira, verificando se as válvulas de segurança abrem na pressão máxima de segurança;
2. Nota: Toda caldeira deve ter iluminação de emergência.NR13. Nota: é aconselhável todo operador da caldeira possuir, na casa de Caldeiras, uma lanterna com as pilhas em bom estado.
3. Enquanto a caldeira estiver parada, não se deve realizar a descarga de fundo;
4. Se a caldeira possuir dispositivos tais como injetor ou bomba alternativa a vapor, a mesma poderá ser alimentada manualmente. (não esqueça de observar o nível d’água.)
· Incêndios de óleo.
Como proceder:
1. Chamar ajuda antes de iniciar o combate ao incêndio;
2. O fogo deverá ser imediatamente abafado, usando-se extintores de CO2 ou espuma química;
3. Resfrie cuidadosamente as partes em contato com o óleo para impedir a reignição.
18.8.3.2. Norma Regulatória: NR 12 - Segurança em Fornos
Os fornos, para qualquer utilização, devem ser construídos solidamente, revestidos com material refratário, de forma que o calor radiante não ultrapasse os limites de tolerância estabelecidos pela Norma Regulamentadora - NR 15.
Os fornos devem ser instalados em locais adequados, oferecendo o máximo de segurança e conforto aos trabalhadores.
Os fornos devem ser instalados de forma a evitar acúmulo de gases nocivos e altas temperaturas em áreas vizinhas.
As escadas e plataformas dos fornos devem ser feitas de modo a garantir aos trabalhadores a execução segura de suas tarefas.
Os fornos que utilizarem combustíveis gasosos ou líquidos devem ter sistemas de proteção para:
a) não ocorrer explosão por falha da chama de aquecimento ou no acionamento do queimador;
b) evitar retrocesso da chama.
Os fornos devem ser dotados de chaminé, suficientemente dimensionada para a livre saída dos gases queimados, de acordo com normas técnicas oficiais sobre poluição do ar.
18.8.3.3. Norma Regulatória: NR 12 - Segurança em Caldeiras e Vasos de Pressão
Esta Norma Regulamentadora - NR estabelece requisitos mínimos para gestão da integridade estrutural de caldeiras a vapor, vasos de pressão e suas tubulações de interligação nos aspectos relacionados à instalação, inspeção, operação e manutenção, visando à segurança e à saúde dos trabalhadores. O empregador é o responsável pela adoção das medidas determinadas nesta NR.
As normas aqui citadas devem ser aplicadas ao seguinte equipamento:
· todos os equipamentos enquadrados como caldeiras
Constitui condição de risco grave e iminente - RGI o não cumprimento de qualquer item previsto nesta NR que possa causar acidente ou doença relacionada ao trabalho, com lesão grave à integridade física do trabalhador, especialmente:
a) operação de equipamentos abrangidos por esta NR sem dispositivos de segurança ajustados com pressão de abertura igual ou inferior a pressão máxima de trabalho admissível - PMTA, instalado diretamente no vaso ou no sistema que o inclui, considerados os requisitos do código de projeto relativos a aberturas escalonadas e tolerâncias de calibração;
b) atraso na inspeção de segurança periódica de caldeiras;
c) bloqueio inadvertido de dispositivos de segurança de caldeiras e vasos de pressão, ou seu bloqueio intencional sem a devida justificativa técnica baseada em códigos, normas ou procedimentos formais de operação do equipamento;
d) ausência de dispositivo operacional de controle do nível de água de caldeira;
e) operação de equipamento enquadrado nesta NR com deterioração atestada por meio de recomendação de sua retirada de operação constante de parecer conclusivo em relatório de inspeção de segurança, de acordo com seu respectivo código de projeto ou de adequação ao uso;
f) operação de caldeira por trabalhador que não atenda aos requisitos estabelecidos nestaNR, ou que não esteja sob supervisão, acompanhamento ou assistência específica de operador qualificado.
Para efeito desta NR, considera-se Profissional Habilitado - PH aquele que tem competência legal para o exercício da profissão de engenheiro nas atividades referentes a projeto de construção, acompanhamento da operação e da manutenção, inspeção e supervisão de inspeção de caldeiras, vasos de pressão e tubulações, em conformidade com a regulamentação profissional vigente no País. Todos os reparos ou alterações em equipamentos abrangidos por esta NR devem respeitar os respectivos códigos de projeto e pós-construção e as prescrições do fabricante no que se refere a:
a) materiais;
b) procedimentos de execução;
c)procedimentos de controle de qualidade;
d)qualificação e certificação de pessoal.
Quando não for conhecido o código de projeto, deve ser respeitada a concepção original do vaso de pressão, caldeira ou tubulação, empregando-se os procedimentos de controle prescritos pelos códigos pertinentes. A critério do PH podem ser utilizadas tecnologias de cálculo ou procedimentos mais avançados, em substituição aos previstos pelos códigos de projeto.
Projetos de alteração ou reparo - PAR devem ser concebidos previamente nas seguintes situações:
a) sempre que as condições de projeto forem modificadas;
b) sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a segurança.
O empregador deve garantir que os exames e testes em caldeiras, vasos de pressão e tubulações sejam executados em condições de segurança para seus executantes e demais trabalhadores envolvidos. O empregador deve comunicar ao órgão regional do Ministério do Trabalho e Emprego e ao sindicato da categoria profissional predominante no estabelecimento a ocorrência de vazamento, incêndio ou explosão envolvendo equipamentos abrangidos nesta NR que tenha como consequência uma das situações a seguir:
a) morte de trabalhador(es);
b) acidentes que implicaram em necessidade de internação hospitalar de trabalhador(es);
c)eventos de grande proporção.
É dever do empregador:
a) assegurar aos trabalhadores o direito de interromper suas atividades;
b) diligenciar de imediato as medidas cabíveis para o controle dos riscos.
Para os propósitos desta NR, as caldeiras são classificadas em 3 (três) categorias, conforme segue:
a) caldeiras da categoria A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 kPa (19,98 kgf/cm2);
b) caldeiras da categoria C são aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 kPa (5,99 kgf/cm2) e o volume interno é igual ou inferior a 100 l (cem litros);
c)caldeiras da categoria B são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.
As caldeiras devem ser dotadas dos seguintes itens:
a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA, considerados os requisitos do código de projeto relativos a aberturas escalonadas e tolerâncias de calibração;
b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado;
c)injetor ou sistema de alimentação de água independente do principal que evite o superaquecimento por alimentação deficiente, acima das temperaturas de projeto, de caldeiras de combustível sólido não atomizado ou com queima em suspensão;
d)sistema dedicado de drenagem rápida de água em caldeiras de recuperação de álcalis, com ações automáticas após acionamento pelo operador;
e) sistema automático de controle do nível de água com intertravamento que evite o superaquecimento por alimentação deficiente.
Toda caldeira deve ter afixada em seu corpo, em local de fácil acesso e bem visível, placa de identificação indelével com, no mínimo, as seguintes informações:
a) nome do fabricante;
b) número de ordem dado pelo fabricante da caldeira;
c) ano de fabricação;
d) pressão máxima de trabalho admissível;
e) pressão de teste hidrostático de fabricação;
f) capacidade de produção de vapor;
g)área de superfície de aquecimento;
h)código de projeto e ano de edição.
Toda caldeira deve possuir, no estabelecimento onde estiver instalada, a seguinte documentação devidamente atualizada:
a)Prontuário da caldeira, fornecido por seu fabricante, contendo as seguintes informações:
- código de projeto e ano de edição;
- especificação dos materiais;
- procedimentos utilizados na fabricação, montagem e inspeção final;
- metodologia para estabelecimento da PMTA;
- registros da execução do teste hidrostático de fabricação;
- conjunto de desenhos e demais dados necessários para o monitoramento da vida útil da caldeira;
- características funcionais;
- dados dos dispositivos de segurança;
- ano de fabricação;
- categoria da caldeira;
b) Registro de Segurança;
c) Projeto de Instalação;
d) PAR;
e) Relatórios de inspeção;
f) Certificados de calibração dos dispositivos de segurança.
Quando inexistente ou extraviado, o prontuário da caldeira deve ser reconstituído pelo empregador, com responsabilidade técnica do fabricante ou de PH, sendo imprescindível a reconstituição das características funcionais, dos dados dos dispositivos de segurança e memória de cálculo da PMTA.
A autoria do projeto de instalação de caldeiras a vapor, no que concerne ao atendimento desta NR, é de responsabilidade de PH, e deve obedecer aos aspectos de segurança, saúde e meio ambiente previstos nas Normas.
As caldeiras de qualquer estabelecimento devem ser instaladas em casa de caldeiras ou em local específico para tal fim, denominado área de caldeiras.
Toda caldeira deve possuir manual de operação atualizado, em língua portuguesa, em local de fácil acesso aos operadores, contendo no mínimo:
a)procedimentos de partidas e paradas;
b)procedimentos e parâmetros operacionais de rotina;
c)procedimentos para situações de emergência;
d)procedimentos gerais de segurança, saúde e de preservação do meio ambiente.
Os instrumentos e controles de caldeiras devem ser mantidos calibrados e em boas condições operacionais. Poderá ocorrer a neutralização provisória nos instrumentos e controles, desde que não seja reduzida a segurança operacional, e que esteja prevista nos procedimentos formais de operação e manutenção, ou com justificativa formalmente documentada, com prévia análise técnica e respectivas medidas de contingência para mitigação dos riscos elaborada pelo responsável técnico do processo, com anuência do PH. A qualidade da água deve ser controlada e os tratamentos devem ser implementados, quando necessários, para compatibilizar suas propriedades físico-químicas com os parâmetros de operação da caldeira, sendo estes tratamentos obrigatórios em caldeiras classificadas como categoria A.
As caldeiras devem ser submetidas a inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária. A inspeção de segurança inicial deve ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operação, devendo compreender exame interno, seguido de teste de estanqueidade e exame externo. As caldeiras devem obrigatoriamente ser submetidas a Teste Hidrostático - TH em sua fase de fabricação, com comprovação por meio de laudo assinado por PH, e ter o valor da pressão de teste afixado em sua placa de identificação. Na falta de comprovação documental de que o Teste Hidrostático - TH tenha sido realizado na fase de fabricação, se aplicará o disposto a seguir:
a)para equipamentos fabricados ou importados a partir da vigência desta NR , o TH deve ser feito durante a inspeção de segurança inicial;
b)para equipamentos em operação antes da vigência desta NR, a critério do PH, o TH deve ser realizado na próxima inspeção de segurança periódica.
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18.8.3.4. Norma Regulatória: NR 15 - Segurança em Atividades Insalubres
São consideradas atividades ou operações insalubres as que se desenvolvem acima dos:
· Limites de Tolerância para Ruído Contínuo ou Intermitente;
· Limites de Tolerância para Ruídos de Impacto;
· Limites de Tolerância paraExposição ao Calor;
· Agentes Químicos Cuja Insalubridade é Caracterizada por Limite de Tolerância Inspeção no Local de Trabalho;
Entende-se por "Limite de Tolerância", para os fins desta Norma, a concentração ou intensidade máxima ou mínima, relacionada com a natureza e o tempo de exposição ao agente, que não causará danos à saúde do trabalhador, durante a sua vida laboral. O exercício de trabalho em condições de insalubridade, de acordo com os subitens do item anterior, assegura ao trabalhador a percepção de adicional, incidente sobre o salário mínimo da região, equivalente a:·
· 40% (quarenta por cento), para insalubridade de grau máximo; ·
· 20% (vinte por cento), para insalubridade de grau médio; ·
· 10% (dez por cento), para insalubridade de grau mínimo.
Cabe à autoridade regional competente em matéria de segurança e saúde do trabalhador, comprovada a insalubridade por laudo técnico de engenheiro de segurança do trabalho ou médico do trabalho, devidamente habilitado, fixar adicional devido aos empregados expostos à insalubridade quando impraticável sua eliminação ou neutralização. A eliminação ou neutralização da insalubridade ficará caracterizada através de avaliação pericial por órgão competente, que comprove a inexistência de risco à saúde do trabalhador.
18.9. LAVAGEM DA POLPA MARROM
Como visto, a Lavagem da polpa marrom é realizada por intermédio de dois equipamentos, a Evaporação do tipo Stripping e a Caldeira de Recuperação. Ambos equipamentos possuem Normas incomuns uma vez que esses equipamentos, são fonte de calor, geram gases, possuem produtos químicos envolvidos e geram também ruídos e por serem equipamentos com altitudes elevadas envolvem também trabalho em altura.
Abaixo é possível visualizar as Normas Regulamentadoras - NR, que regem a segurança do Trabalho, elas são relativas à segurança e medicina do trabalho, sendo que essas são de observância obrigatória pelas empresas privadas e públicas e pelos órgãos públicos da administração direta e indireta, bem como pelos órgãos dos Poderes Legislativo e Judiciário, que possuam empregados regidos pela Consolidação das Leis do Trabalho - CLT.
Perante a lei, o não cumprimento das disposições legais e regulamentares sobre segurança e medicina do trabalho acarretará ao empregador a aplicação das penalidades previstas na legislação pertinente, é constituído ato faltoso a recusa injustificada do empregado ao cumprimento de suas obrigações com a segurança do trabalho.
18.9.1. Evaporação Stripping
Os vapores condensados na área do digestor, por possuírem compostos de enxofre dissolvidos, podem constituir uma importante fonte de poluição. Os condensados contaminados são normalmente submetidos a um tratamento setorial através de uma torre de destilação a ar ou vapor, comumente denominada “torre de stripping”, sendo que os gases não condensáveis são encaminhados para queima e os condensados tratados reutilizados no processo (Dence e Reeve, 1996).
São normas regulamentadoras referentes à operação unitária de evaporação Stripping:
18.9.1.1. NR-12 – SEGURANÇA NO TRABALHO EM MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS
Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem referências técnicas, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores e estabelece requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos, e ainda à sua fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a qualquer título, em todas as atividades econômicas. É permitida a movimentação segura de máquinas e equipamentos fora das instalações físicas da empresa para reparos e adequações. (Inserido pela Portaria MTE n.º 857/2015). O empregador deve adotar medidas de proteção para o trabalho em máquinas e equipamentos, capazes de garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores, e medidas apropriadas sempre que houver pessoas com deficiência envolvidas direta ou indiretamente no trabalho.
São consideradas medidas de proteção, a serem adotadas nessa ordem de prioridade.
a) medidas de proteção coletiva;
b) medidas administrativas ou de organização do trabalho;
c) medidas de proteção individual.
Cabe aos trabalhadores:
a) cumprir todas as orientações relativas aos procedimentos seguros de operação, alimentação, abastecimento, limpeza, manutenção, inspeção, transporte, desativação, desmonte e descarte das máquinas e equipamentos;
b) não realizar qualquer tipo de alteração nas proteções mecânicas ou dispositivos de segurança de máquinas e equipamentos, de maneira que possa colocar em risco a sua saúde e integridade física ou de terceiros;
c) comunicar seu superior imediato se uma proteção ou dispositivo de segurança foi removido, danificado ou se perdeu sua função;
d) participar dos treinamentos fornecidos pelo empregador para atender às exigências/requisitos descritos nesta Norma;
e) colaborar com o empregador na implementação das disposições contidas nesta Norma.
Nos locais de instalação de máquinas e equipamentos, as áreas de circulação devem ser devidamente demarcadas e em conformidade com as normas técnicas oficiais. As vias principais de circulação nos locais de trabalho e as que conduzem às saídas devem ter, no mínimo, 1,20 m. As áreas de circulação devem ser mantidas permanentemente desobstruídas.
Instalações e dispositivos elétricos
As instalações elétricas das máquinas e equipamentos devem ser projetadas e mantidas de modo a prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico, incêndio, explosão e outros tipos de acidentes, conforme previsto na NR10. As instalações elétricas das máquinas e equipamentos que estejam ou possam estar em contato direto ou indireto com água ou agentes corrosivos devem ser projetadas com meios e dispositivos que garantam sua blindagem, estanqueidade, isolamento e aterramento, de modo a prevenir a ocorrência de acidentes.
Os quadros de energia das máquinas e equipamentos devem atender aos seguintes requisitos mínimos de segurança:
a) possuir porta de acesso, mantida permanentemente fechada;
b) possuir sinalização quanto ao perigo de choque elétrico e restrição de acesso por pessoas não autorizadas;
c) ser mantidos em bom estado de conservação, limpos e livres de objetos e ferramentas;
d) possuir proteção e identificação dos circuitos. e
e) atender ao grau de proteção adequado em função do ambiente de uso.
Os dispositivos de partida, acionamento e parada das máquinas devem ser projetados, selecionados e instalados de modo que:
a) não se localizem em suas zonas perigosas;
b) possam ser acionados ou desligados em caso de emergência por outra pessoa que não seja o operador;
c) impeçam acionamento ou desligamento involuntário pelo operador ou por qualquer outra forma acidental;
d) não acarretem riscos adicionais;
e) não podem ser burlados.
As máquinas e equipamentos, cujo acionamento por pessoas não autorizadas possam oferecer risco à saúde ou integridade física de qualquer pessoa, devem possuir sistema que possibilite o bloqueio de seus dispositivos de acionamento. O acionamento e o desligamento simultâneo por um único comando de um conjunto de máquinas e equipamentos ou de máquinas e equipamentos de grande dimensão devem ser precedidos da emissão de sinal sonoro ou visual. ((Alterado pela Portaria MTB 98/2018). Devem ser adotadas, quando necessárias, medidas adicionais de alerta, como sinal visual e dispositivos de telecomunicação, considerando as características do processo produtivo e dos trabalhadores.
18.9.1.2. NR 15 - Norma Regulamentadora 15 - Atividades e Operações Insalubres
São consideradas atividades ou operações insalubres as que se desenvolvem acima dos:
· Limites de Tolerância para Ruído Contínuo ou Intermitente;
· Limites de Tolerância para Ruídos de Impacto;
· Limites de Tolerância para Exposição ao Calor;
· Agentes Químicos Cuja Insalubridade é Caracterizada por Limite de Tolerância Inspeção no Local de Trabalho;
Entende-se por "Limite deTolerância", para os fins desta Norma, a concentração ou intensidade máxima ou mínima, relacionada com a natureza e o tempo de exposição ao agente, que não causará danos à saúde do trabalhador, durante a sua vida laboral. O exercício de trabalho em condições de insalubridade, de acordo com os subitens do item anterior, assegura ao trabalhador a percepção de adicional, incidente sobre o salário mínimo da região, equivalente a:
· 40% (quarenta por cento), para insalubridade de grau máximo;
· 20% (vinte por cento), para insalubridade de grau médio;
· 10% (dez por cento), para insalubridade de grau mínimo.
Cabe à autoridade regional competente em matéria de segurança e saúde do trabalhador, comprovada a insalubridade por laudo técnico de engenheiro de segurança do trabalho ou médico do trabalho, devidamente habilitado, fixar adicional devido aos empregados expostos à insalubridade quando impraticável sua eliminação ou neutralização. A eliminação ou neutralização da insalubridade ficará caracterizada através de avaliação pericial por órgão competente, que comprove a inexistência de risco à saúde do trabalhador.
18.9.1.3. NR 25 - Norma Regulamentadora 25 - Resíduos Industriais
Entende-se como resíduos industriais aqueles provenientes dos processos industriais, na forma sólida, líquida ou gasosa ou combinação dessas, e que por suas características físicas, químicas ou microbiológicas não se assemelham aos resíduos domésticos, como cinzas, lodos, óleos, materiais alcalinos ou ácidos, escórias, poeiras, borras, substâncias lixiviadas e aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como demais efluentes líquidos e emissões gasosas contaminantes atmosféricos. Os resíduos industriais devem ter destino adequado sendo proibido o lançamento ou a liberação no ambiente de trabalho de quaisquer contaminantes que possam comprometer a segurança e saúde dos trabalhadores. Os resíduos industriais devem ser eliminados dos locais de trabalho através de métodos, equipamentos ou medidas adequadas, sendo proibido o lançamento ou a liberação no ambiente de trabalho de quaisquer contaminantes que possam comprometer a segurança e saúde dos trabalhadores, sob a forma de matéria ou energia, direta ou indiretamente. (Redação alterada pela Portaria SIT 253/2011.)
Os resíduos sólidos e líquidos de alta toxicidade e periculosidade devem ser dispostos com o conhecimento, aquiescência e auxílio de entidades especializadas/públicas e no campo de sua competência. Os resíduos sólidos e líquidos de alta toxicidade, periculosidade, os de alto risco biológico e os resíduos radioativos devem ser dispostos com o conhecimento, aquiescência e auxílio de entidades especializadas/públicas e no campo de sua competência. Os resíduos de risco biológico devem ser dispostos conforme previsto nas legislações sanitária e ambiental. A empresa deve atender todos os critérios de potabilidade para a água fornecida aos trabalhadores e utilizada para ingestão, preparo de alimentos e higiene corporal.
Os trabalhadores envolvidos em atividades de coleta, manipulação, acondicionamento, armazenamento, transporte, tratamento e disposição de resíduos devem ser capacitados pela empresa, de forma contínua, sobre os riscos envolvidos e as medidas de controle e eliminação adequadas. Os trabalhadores envolvidos em atividades de coleta, manipulação, acondicionamento, armazenamento, transporte, tratamento e disposição de resíduos devem ser capacitados pela empresa, de forma continuada, sobre os riscos envolvidos e as medidas de eliminação e controle adequado dos mesmos
Os resíduos gasosos deverão ser eliminados dos locais de trabalho através de métodos, equipamentos ou medidas adequadas, sendo proibido o lançamento ou a liberação nos ambientes de trabalho de quaisquer contaminantes gasosos sob a forma de matéria ou energia, direta ou indiretamente, de forma a serem ultrapassados os limites de tolerância estabelecidos pela Norma Regulamentadora - NR 15. As medidas, métodos, equipamentos ou dispositivos de controle do lançamento ou liberação dos contaminantes gasosos deverão ser submetidos ao exame e à aprovação dos órgãos competentes do Ministério do Trabalho, que, a seu critério exclusivo, tomará e analisará amostras do ar dos locais de trabalho para fins de atendimento a estas Normas. Os métodos e procedimentos de análise dos contaminantes gasosos estão fixados na Norma Regulamentadora - NR 15.
Os resíduos líquidos e sólidos produzidos por processos e operações industriais deverão ser convenientemente tratados e/ou dispostos e/ou retirados dos limites da indústria, de forma a evitar riscos à saúde e à segurança dos trabalhadores. Os resíduos sólidos e líquidos de alta toxicidade, periculosidade, os de alto risco biológico e os resíduos radioativos deverão ser dispostos com o conhecimento e a aquiescência e auxílio de entidades especializadas/públicas ou vinculadas e no campo de sua competência.
18.9.1.4. NR 35-Norma Regulamentadora 35 - Trabalho em Altura
Considera-se trabalho em altura toda atividade executada acima de 2,00 m (dois metros) do nível inferior, onde haja risco de queda. Esta norma se complementa com as normas técnicas oficiais estabelecidas pelos Órgãos competentes e, na ausência ou omissão dessas, com as normas internacionais aplicáveis.
Cabe ao empregador:
a) garantir a implementação das medidas de proteção estabelecidas nesta Norma;
b) assegurar a realização da Análise de Risco - AR e, quando aplicável, a emissão da Permissão de Trabalho - PT;
c) desenvolver procedimento operacional para as atividades rotineiras de trabalho em altura;
d) assegurar a realização de avaliação prévia das condições no local do trabalho em altura, pelo estudo, planejamento e implementação das ações e das medidas complementares de segurança aplicáveis;
e) adotar as providências necessárias para acompanhar o cumprimento das medidas de proteção estabelecidas nesta Norma pelas empresas contratadas; f) garantir aos trabalhadores informações atualizadas sobre os riscos e as medidas de controle;
g) garantir que qualquer trabalho em altura só se inicie depois de adotadas as medidas de proteção definidas nesta Norma;
h) assegurar a suspensão dos trabalhos em altura quando verificar situação ou condição de risco não prevista, cuja eliminação ou neutralização imediata não seja possível;
i) estabelecer uma sistemática de autorização dos trabalhadores para trabalho em altura;
j) assegurar que todo trabalho em altura seja realizado sob supervisão, cuja forma será definida pela análise de riscos de acordo com as peculiaridades da atividade;
Cabe aos trabalhadores:
a) cumprir as disposições legais e regulamentares sobre trabalho em altura, inclusive os procedimentos expedidos pelo empregador;
b) colaborar com o empregador na implementação das disposições contidas nesta Norma;
c) interromper suas atividades exercendo o direito de recusa, sempre que constatarem evidências de riscos graves e iminentes para sua segurança e saúde ou a de outras pessoas, comunicando imediatamente o fato a seu superior hierárquico, que diligenciar as medidas cabíveis;
d) zelar pela sua segurança e saúde e a de outras pessoas que possam ser afetadas por suas ações ou omissões no trabalho.
O empregador deve promover programa para capacitação dos trabalhadores à realização de trabalho em altura. Considera-se trabalhador capacitado para trabalho em altura aquele que foi submetido e aprovado em treinamento, teórico e prático, com carga horária mínima de oito horas, cujo conteúdo programático deve, no mínimo, incluir:
a) normas e regulamentos aplicáveis ao trabalho em altura;
b) análise de risco e condições impeditivas;
c) riscos potenciais inerentes ao trabalho em altura e medidas de prevenção e controle;
d) sistemas, equipamentos e procedimentos de proteção coletiva;
e) equipamentos de Proteção Individual para trabalho em altura: seleção, inspeção, conservação e limitação de uso;
f) acidentes típicos em trabalhos em altura;
g) condutas em situações de emergência,incluindo noções de técnicas de resgate e de primeiros socorros.
Todo trabalho em altura deve ser planejado, organizado e executado por um trabalhador capacitado e autorizado. Considera-se trabalhador autorizado para trabalho em altura aquele capacitado, cujo estado de saúde foi avaliado, tendo sido considerado apto para executar essa atividade e que possua anuência formal da empresa. Cabe ao empregador avaliar o estado de saúde dos trabalhadores que exercem atividades em altura, garantindo que:
a) os exames e a sistemática de avaliação sejam partes integrantes do Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional - PCMSO, devendo estar nele consignados;
b) a avaliação seja efetuada periodicamente, considerando os riscos envolvidos em cada situação;
c) seja realizado exame médico voltado às patologias que poderão originar mal súbito e queda de altura, considerando também os fatores psicossociais.
Todo trabalho em altura deve ser realizado sob supervisão, cuja forma será definida pela análise de risco de acordo com as peculiaridades da atividade. A execução do serviço deve considerar as influências externas que possam alterar as condições do local de trabalho já previstas na análise de risco. Todo trabalho em altura deve ser precedido de Análise de Risco.
É obrigatória a utilização de sistema de proteção contra quedas sempre que não for possível evitar o trabalho em altura. O sistema de proteção contra quedas deve: (NR)
a) ser adequado à tarefa a ser executada; (NR)
b) ser selecionado de acordo com Análise de Risco, considerando, além dos riscos a que o trabalhador está exposto, os riscos adicionais; (NR)
c) ser selecionado por profissional qualificado em segurança do trabalho; (NR)
d) ter resistência para suportar a força máxima aplicável prevista quando de uma queda; (NR)
e) atender às normas técnicas nacionais ou na sua inexistência às normas internacionais aplicáveis; (NR)
f) ter todos os seus elementos compatíveis e submetidos a uma sistemática de inspeção. (NR)
18.9.2. CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO
O principal objetivo de caldeiras de recuperação química é recuperar os inorgânicos, como por exemplo, a soda cáustica (NaOH). A outra função é de gerar o vapor, ao aproveitar o calor dos gases de combustão. Parte da energia do vapor produzido na caldeira abastece as diferentes etapas de produção e o restante do vapor é utilizado para gerar energia elétrica, via turbo gerador. A recuperação dos inorgânicos se dá por meio de bicas, pela parte inferior do equipamento (figura 1b). Os componentes inorgânicos do fundido são basicamente sulfeto de sódio (Na2S), carbonato de sódio (Na2CO3) e cloreto de sódio (NaCl) (Leite, 2008 e Arthur, 2002).
18.10. DESLIGNIFICAÇÃO
Processo de deslignificação Deslignificação é a remoção do polímero de lignina estrutural a partir de tecido de planta, de modo que ele possa ser usado para aplicações como a fabricação de papel. O processo refere-se principalmente ao processo químico para a remoção de polpa de madeira. Também pode haver deslignificação mecânica.
Isto envolve geralmente digestão das aparas de madeira a alta temperatura e pressão e em uma solução de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio em água, que é uma combinação conhecida como licor branco. Quimicamente, ela dissolve os laços de lignina que interligam as fibras de celulose. A deslenhificação de madeira tem lugar em um vaso chamado digestor, que pode suportar a pressão elevada. Existem dois tipos de digestores – em lote e contínuo, com as mais recentemente desenvolvidas sendo contínuas.
A deslignificação com oxigênio é um novo processo que remove mais lignina e utiliza menos produtos químicos pelo tratamento da polpa com oxigênio num vaso pressurizado a uma temperatura elevada em solução alcalina. Este processo é seguido por uma fase de lavagem. A quantidade de lignina residual pode ser reduzida para cerca de 1,5% com este método, limitando assim o grau de branqueamento necessário para fazer papel a partir da polpa.
18.10.1. NR-12 – SEGURANÇA NO TRABALHO EM MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS
Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem referências técnicas, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores e estabelece requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos, e ainda à sua fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a qualquer título, em todas as atividades econômicas. É permitida a movimentação segura de máquinas e equipamentos fora das instalações físicas da empresa para reparos e adequações. (Inserido pela Portaria MTE n.º 857/2015). O empregador deve adotar medidas de proteção para o trabalho em máquinas e equipamentos, capazes de garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores, e medidas apropriadas sempre que houver pessoas com deficiência envolvidas direta ou indiretamente no trabalho.
São consideradas medidas de proteção, a serem adotadas nessa ordem de prioridade.
a) medidas de proteção coletiva;
b) medidas administrativas ou de organização do trabalho;
c) medidas de proteção individual.
Cabe aos trabalhadores:
a) cumprir todas as orientações relativas aos procedimentos seguros de operação, alimentação, abastecimento, limpeza, manutenção, inspeção, transporte, desativação, desmonte e descarte das máquinas e equipamentos;
b) não realizar qualquer tipo de alteração nas proteções mecânicas ou dispositivos de segurança de máquinas e equipamentos, de maneira que possa colocar em risco a sua saúde e integridade física ou de terceiros;
c) comunicar seu superior imediato se uma proteção ou dispositivo de segurança foi removido, danificado ou se perdeu sua função;
d) participar dos treinamentos fornecidos pelo empregador para atender às exigências/requisitos descritos nesta Norma;
e) colaborar com o empregador na implementação das disposições contidas nesta Norma.
Nos locais de instalação de máquinas e equipamentos, as áreas de circulação devem ser devidamente demarcadas e em conformidade com as normas técnicas oficiais. As vias principais de circulação nos locais de trabalho e as que conduzem às saídas devem ter, no mínimo, 1,20 m. As áreas de circulação devem ser mantidas permanentemente desobstruídas.
Instalações e dispositivos elétricos
As instalações elétricas das máquinas e equipamentos devem ser projetadas e mantidas de modo a prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico, incêndio, explosão e outros tipos de acidentes, conforme previsto na NR10. As instalações elétricas das máquinas e equipamentos que estejam ou possam estar em contato direto ou indireto com água ou agentes corrosivos devem ser projetadas com meios e dispositivos que garantam sua blindagem, estanqueidade, isolamento e aterramento, de modo a prevenir a ocorrência de acidentes.
Os quadros de energia das máquinas e equipamentos devem atender aos seguintes requisitos mínimos de segurança:
a) possuir porta de acesso, mantida permanentemente fechada;
b) possuir sinalização quanto ao perigo de choque elétrico e restrição de acesso por pessoas não autorizadas;
c) ser mantidos em bom estado de conservação, limpos e livres de objetos e ferramentas;
d) possuir proteção e identificação dos circuitos. e
e) atender ao grau de proteção adequado em função do ambiente de uso.
Os dispositivos de partida, acionamento e parada das máquinas devem ser projetados, selecionados e instalados de modo que:
a) não se localizem em suas zonas perigosas;
b) possam ser acionados ou desligados em caso de emergência por outra pessoa que não seja o operador;
c) impeçam acionamento ou desligamento involuntário pelo operador ou por qualquer outra forma acidental;
d) não acarretem riscos adicionais;
e) não podem ser burlados.
As máquinas e equipamentos, cujo acionamento por pessoas não autorizadas possam oferecer risco à saúde ou integridade física de qualquer pessoa, devem possuir sistema que possibilite o bloqueio de seus dispositivos de acionamento. O acionamentoe o desligamento simultâneo por um único comando de um conjunto de máquinas e equipamentos ou de máquinas e equipamentos de grande dimensão devem ser precedidos da emissão de sinal sonoro ou visual. ((Alterado pela Portaria MTB 98/2018). Devem ser adotadas, quando necessárias, medidas adicionais de alerta, como sinal visual e dispositivos de telecomunicação, considerando as características do processo produtivo e dos trabalhadores.
18.10.2. NR 15 - Norma Regulamentadora 15 - Atividades e Operações Insalubres
São consideradas atividades ou operações insalubres as que se desenvolvem acima dos:
· Limites de Tolerância para Ruído Contínuo ou Intermitente;
· Limites de Tolerância para Ruídos de Impacto;
· Limites de Tolerância para Exposição ao Calor;
· Agentes Químicos Cuja Insalubridade é Caracterizada por Limite de Tolerância Inspeção no Local de Trabalho;
Entende-se por "Limite de Tolerância", para os fins desta Norma, a concentração ou intensidade máxima ou mínima, relacionada com a natureza e o tempo de exposição ao agente, que não causará danos à saúde do trabalhador, durante a sua vida laboral. O exercício de trabalho em condições de insalubridade, de acordo com os subitens do item anterior, assegura ao trabalhador a percepção de adicional, incidente sobre o salário mínimo da região, equivalente a:
· 40% (quarenta por cento), para insalubridade de grau máximo;
· 20% (vinte por cento), para insalubridade de grau médio;
· 10% (dez por cento), para insalubridade de grau mínimo.
Cabe à autoridade regional competente em matéria de segurança e saúde do trabalhador, comprovada a insalubridade por laudo técnico de engenheiro de segurança do trabalho ou médico do trabalho, devidamente habilitado, fixar adicional devido aos empregados expostos à insalubridade quando impraticável sua eliminação ou neutralização. A eliminação ou neutralização da insalubridade ficará caracterizada através de avaliação pericial por órgão competente, que comprove a inexistência de risco à saúde do trabalhador.
18.10.3. NR 25 - Norma Regulamentadora 25 - Resíduos Industriais
Entende-se como resíduos industriais aqueles provenientes dos processos industriais, na forma sólida, líquida ou gasosa ou combinação dessas, e que por suas características físicas, químicas ou microbiológicas não se assemelham aos resíduos domésticos, como cinzas, lodos, óleos, materiais alcalinos ou ácidos, escórias, poeiras, borras, substâncias lixiviadas e aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como demais efluentes líquidos e emissões gasosas contaminantes atmosféricos. Os resíduos industriais devem ter destino adequado sendo proibido o lançamento ou a liberação no ambiente de trabalho de quaisquer contaminantes que possam comprometer a segurança e saúde dos trabalhadores. Os resíduos industriais devem ser eliminados dos locais de trabalho através de métodos, equipamentos ou medidas adequadas, sendo proibido o lançamento ou a liberação no ambiente de trabalho de quaisquer contaminantes que possam comprometer a segurança e saúde dos trabalhadores, sob a forma de matéria ou energia, direta ou indiretamente. (Redação alterada pela Portaria SIT 253/2011.)
Os resíduos sólidos e líquidos de alta toxicidade e periculosidade devem ser dispostos com o conhecimento, aquiescência e auxílio de entidades especializadas/públicas e no campo de sua competência. Os resíduos sólidos e líquidos de alta toxicidade, periculosidade, os de alto risco biológico e os resíduos radioativos devem ser dispostos com o conhecimento, aquiescência e auxílio de entidades especializadas/públicas e no campo de sua competência. Os resíduos de risco biológico devem ser dispostos conforme previsto nas legislações sanitária e ambiental. A empresa deve atender todos os critérios de potabilidade para a água fornecida aos trabalhadores e utilizada para ingestão, preparo de alimentos e higiene corporal.
Os trabalhadores envolvidos em atividades de coleta, manipulação, acondicionamento, armazenamento, transporte, tratamento e disposição de resíduos devem ser capacitados pela empresa, de forma contínua, sobre os riscos envolvidos e as medidas de controle e eliminação adequadas. Os trabalhadores envolvidos em atividades de coleta, manipulação, acondicionamento, armazenamento, transporte, tratamento e disposição de resíduos devem ser capacitados pela empresa, de forma continuada, sobre os riscos envolvidos e as medidas de eliminação e controle adequado dos mesmos
Os resíduos gasosos deverão ser eliminados dos locais de trabalho através de métodos, equipamentos ou medidas adequadas, sendo proibido o lançamento ou a liberação nos ambientes de trabalho de quaisquer contaminantes gasosos sob a forma de matéria ou energia, direta ou indiretamente, de forma a serem ultrapassados os limites de tolerância estabelecidos pela Norma Regulamentadora - NR 15. As medidas, métodos, equipamentos ou dispositivos de controle do lançamento ou liberação dos contaminantes gasosos deverão ser submetidos ao exame e à aprovação dos órgãos competentes do Ministério do Trabalho, que, a seu critério exclusivo, tomará e analisará amostras do ar dos locais de trabalho para fins de atendimento a estas Normas. Os métodos e procedimentos de análise dos contaminantes gasosos estão fixados na Norma Regulamentadora - NR 15.
Os resíduos líquidos e sólidos produzidos por processos e operações industriais deverão ser convenientemente tratados e/ou dispostos e/ou retirados dos limites da indústria, de forma a evitar riscos à saúde e à segurança dos trabalhadores. Os resíduos sólidos e líquidos de alta toxicidade, periculosidade, os de alto risco biológico e os resíduos radioativos deverão ser dispostos com o conhecimento e a aquiescência e auxílio de entidades especializadas/públicas ou vinculadas e no campo de sua competência.
18.11. LAVAGEM DA POLPA
18.11.1. NR-12 – SEGURANÇA NO TRABALHO EM MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS
Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem referências técnicas, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores e estabelece requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos, e ainda à sua fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a qualquer título, em todas as atividades econômicas. É permitida a movimentação segura de máquinas e equipamentos fora das instalações físicas da empresa para reparos e adequações. (Inserido pela Portaria MTE n.º 857/2015). O empregador deve adotar medidas de proteção para o trabalho em máquinas e equipamentos, capazes de garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores, e medidas apropriadas sempre que houver pessoas com deficiência envolvidas direta ou indiretamente no trabalho.
São consideradas medidas de proteção, a serem adotadas nessa ordem de prioridade.
a) medidas de proteção coletiva;
b) medidas administrativas ou de organização do trabalho;
c) medidas de proteção individual.
Cabe aos trabalhadores:
a) cumprir todas as orientações relativas aos procedimentos seguros de operação, alimentação, abastecimento, limpeza, manutenção, inspeção, transporte, desativação, desmonte e descarte das máquinas e equipamentos;
b) não realizar qualquer tipo de alteração nas proteções mecânicas ou dispositivos de segurança de máquinas e equipamentos, de maneira que possa colocar em risco a sua saúde e integridade física ou de terceiros;
c) comunicar seu superior imediato se uma proteção ou dispositivo de segurança foi removido, danificado ou se perdeu sua função;
d) participar dos treinamentos fornecidos pelo empregador para atender às exigências/requisitos descritos nesta Norma;
e) colaborar com o empregador na implementação das disposições contidas nesta Norma.
Nos locais de instalação de máquinas e equipamentos, as áreas de circulação devem ser devidamente demarcadas e em conformidade com as normas técnicas oficiais. As vias principaisde circulação nos locais de trabalho e as que conduzem às saídas devem ter, no mínimo, 1,20 m. As áreas de circulação devem ser mantidas permanentemente desobstruídas.
Instalações e dispositivos elétricos
As instalações elétricas das máquinas e equipamentos devem ser projetadas e mantidas de modo a prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico, incêndio, explosão e outros tipos de acidentes, conforme previsto na NR10. As instalações elétricas das máquinas e equipamentos que estejam ou possam estar em contato direto ou indireto com água ou agentes corrosivos devem ser projetadas com meios e dispositivos que garantam sua blindagem, estanqueidade, isolamento e aterramento, de modo a prevenir a ocorrência de acidentes.
Os quadros de energia das máquinas e equipamentos devem atender aos seguintes requisitos mínimos de segurança:
a) possuir porta de acesso, mantida permanentemente fechada;
b) possuir sinalização quanto ao perigo de choque elétrico e restrição de acesso por pessoas não autorizadas;
c) ser mantidos em bom estado de conservação, limpos e livres de objetos e ferramentas;
d) possuir proteção e identificação dos circuitos. e
e) atender ao grau de proteção adequado em função do ambiente de uso.
Os dispositivos de partida, acionamento e parada das máquinas devem ser projetados, selecionados e instalados de modo que:
a) não se localizem em suas zonas perigosas;
b) possam ser acionados ou desligados em caso de emergência por outra pessoa que não seja o operador;
c) impeçam acionamento ou desligamento involuntário pelo operador ou por qualquer outra forma acidental;
d) não acarretem riscos adicionais;
e) não podem ser burlados.
As máquinas e equipamentos, cujo acionamento por pessoas não autorizadas possam oferecer risco à saúde ou integridade física de qualquer pessoa, devem possuir sistema que possibilite o bloqueio de seus dispositivos de acionamento. O acionamento e o desligamento simultâneo por um único comando de um conjunto de máquinas e equipamentos ou de máquinas e equipamentos de grande dimensão devem ser precedidos da emissão de sinal sonoro ou visual. ((Alterado pela Portaria MTB 98/2018). Devem ser adotadas, quando necessárias, medidas adicionais de alerta, como sinal visual e dispositivos de telecomunicação, considerando as características do processo produtivo e dos trabalhadores.
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18.11.2. NR 15 - Norma Regulamentadora 15 - Atividades e Operações Insalubres
São consideradas atividades ou operações insalubres as que se desenvolvem acima dos:
· Limites de Tolerância para Ruído Contínuo ou Intermitente;
· Limites de Tolerância para Ruídos de Impacto;
· Limites de Tolerância para Exposição ao Calor;
· Agentes Químicos Cuja Insalubridade é Caracterizada por Limite de Tolerância Inspeção no Local de Trabalho;
Entende-se por "Limite de Tolerância", para os fins desta Norma, a concentração ou intensidade máxima ou mínima, relacionada com a natureza e o tempo de exposição ao agente, que não causará danos à saúde do trabalhador, durante a sua vida laboral. O exercício de trabalho em condições de insalubridade, de acordo com os subitens do item anterior, assegura ao trabalhador a percepção de adicional, incidente sobre o salário mínimo da região, equivalente a:
· 40% (quarenta por cento), para insalubridade de grau máximo;
· 20% (vinte por cento), para insalubridade de grau médio;
· 10% (dez por cento), para insalubridade de grau mínimo.
Cabe à autoridade regional competente em matéria de segurança e saúde do trabalhador, comprovada a insalubridade por laudo técnico de engenheiro de segurança do trabalho ou médico do trabalho, devidamente habilitado, fixar adicional devido aos empregados expostos à insalubridade quando impraticável sua eliminação ou neutralização. A eliminação ou neutralização da insalubridade ficará caracterizada através de avaliação pericial por órgão competente, que comprove a inexistência de risco à saúde do trabalhador.
18.11.3. NR 25 - Norma Regulamentadora 25 - Resíduos Industriais
Entende-se como resíduos industriais aqueles provenientes dos processos industriais, na forma sólida, líquida ou gasosa ou combinação dessas, e que por suas características físicas, químicas ou microbiológicas não se assemelham aos resíduos domésticos, como cinzas, lodos, óleos, materiais alcalinos ou ácidos, escórias, poeiras, borras, substâncias lixiviadas e aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como demais efluentes líquidos e emissões gasosas contaminantes atmosféricos. Os resíduos industriais devem ter destino adequado sendo proibido o lançamento ou a liberação no ambiente de trabalho de quaisquer contaminantes que possam comprometer a segurança e saúde dos trabalhadores. Os resíduos industriais devem ser eliminados dos locais de trabalho através de métodos, equipamentos ou medidas adequadas, sendo proibido o lançamento ou a liberação no ambiente de trabalho de quaisquer contaminantes que possam comprometer a segurança e saúde dos trabalhadores, sob a forma de matéria ou energia, direta ou indiretamente. (Redação alterada pela Portaria SIT 253/2011.)
Os resíduos sólidos e líquidos de alta toxicidade e periculosidade devem ser dispostos com o conhecimento, aquiescência e auxílio de entidades especializadas/públicas e no campo de sua competência. Os resíduos sólidos e líquidos de alta toxicidade, periculosidade, os de alto risco biológico e os resíduos radioativos devem ser dispostos com o conhecimento, aquiescência e auxílio de entidades especializadas/públicas e no campo de sua competência. Os resíduos de risco biológico devem ser dispostos conforme previsto nas legislações sanitária e ambiental. A empresa deve atender todos os critérios de potabilidade para a água fornecida aos trabalhadores e utilizada para ingestão, preparo de alimentos e higiene corporal.
Os trabalhadores envolvidos em atividades de coleta, manipulação, acondicionamento, armazenamento, transporte, tratamento e disposição de resíduos devem ser capacitados pela empresa, de forma contínua, sobre os riscos envolvidos e as medidas de controle e eliminação adequadas. Os trabalhadores envolvidos em atividades de coleta, manipulação, acondicionamento, armazenamento, transporte, tratamento e disposição de resíduos devem ser capacitados pela empresa, de forma continuada, sobre os riscos envolvidos e as medidas de eliminação e controle adequado dos mesmos
Os resíduos gasosos deverão ser eliminados dos locais de trabalho através de métodos, equipamentos ou medidas adequadas, sendo proibido o lançamento ou a liberação nos ambientes de trabalho de quaisquer contaminantes gasosos sob a forma de matéria ou energia, direta ou indiretamente, de forma a serem ultrapassados os limites de tolerância estabelecidos pela Norma Regulamentadora - NR 15. As medidas, métodos, equipamentos ou dispositivos de controle do lançamento ou liberação dos contaminantes gasosos deverão ser submetidos ao exame e à aprovação dos órgãos competentes do Ministério do Trabalho, que, a seu critério exclusivo, tomará e analisará amostras do ar dos locais de trabalho para fins de atendimento a estas Normas. Os métodos e procedimentos de análise dos contaminantes gasosos estão fixados na Norma Regulamentadora - NR 15.
Os resíduos líquidos e sólidos produzidos por processos e operações industriais deverão ser convenientemente tratados e/ou dispostos e/ou retirados dos limites da indústria, de forma a evitar riscos à saúde e à segurança dos trabalhadores. Os resíduos sólidos e líquidos de alta toxicidade, periculosidade, os de alto risco biológico e os resíduos radioativos deverão ser dispostos com o conhecimento e a aquiescência e auxílio de entidades especializadas/públicas ou vinculadas e no campo de sua competência.
18.12. BRANQUEAMENTO
18.12.1. NR-12 – SEGURANÇA NO TRABALHO EM MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS
Esta NormaRegulamentadora e seus anexos definem referências técnicas, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores e estabelece requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos, e ainda à sua fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a qualquer título, em todas as atividades econômicas. É permitida a movimentação segura de máquinas e equipamentos fora das instalações físicas da empresa para reparos e adequações. (Inserido pela Portaria MTE n.º 857/2015). O empregador deve adotar medidas de proteção para o trabalho em máquinas e equipamentos, capazes de garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores, e medidas apropriadas sempre que houver pessoas com deficiência envolvidas direta ou indiretamente no trabalho.
São consideradas medidas de proteção, a serem adotadas nessa ordem de prioridade.
a) medidas de proteção coletiva;
b) medidas administrativas ou de organização do trabalho;
c) medidas de proteção individual.
Cabe aos trabalhadores:
a) cumprir todas as orientações relativas aos procedimentos seguros de operação, alimentação, abastecimento, limpeza, manutenção, inspeção, transporte, desativação, desmonte e descarte das máquinas e equipamentos;
b) não realizar qualquer tipo de alteração nas proteções mecânicas ou dispositivos de segurança de máquinas e equipamentos, de maneira que possa colocar em risco a sua saúde e integridade física ou de terceiros;
c) comunicar seu superior imediato se uma proteção ou dispositivo de segurança foi removido, danificado ou se perdeu sua função;
d) participar dos treinamentos fornecidos pelo empregador para atender às exigências/requisitos descritos nesta Norma;
e) colaborar com o empregador na implementação das disposições contidas nesta Norma.
Nos locais de instalação de máquinas e equipamentos, as áreas de circulação devem ser devidamente demarcadas e em conformidade com as normas técnicas oficiais. As vias principais de circulação nos locais de trabalho e as que conduzem às saídas devem ter, no mínimo, 1,20 m. As áreas de circulação devem ser mantidas permanentemente desobstruídas.
Instalações e dispositivos elétricos
As instalações elétricas das máquinas e equipamentos devem ser projetadas e mantidas de modo a prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico, incêndio, explosão e outros tipos de acidentes, conforme previsto na NR10. As instalações elétricas das máquinas e equipamentos que estejam ou possam estar em contato direto ou indireto com água ou agentes corrosivos devem ser projetadas com meios e dispositivos que garantam sua blindagem, estanqueidade, isolamento e aterramento, de modo a prevenir a ocorrência de acidentes.
Os quadros de energia das máquinas e equipamentos devem atender aos seguintes requisitos mínimos de segurança:
a) possuir porta de acesso, mantida permanentemente fechada;
b) possuir sinalização quanto ao perigo de choque elétrico e restrição de acesso por pessoas não autorizadas;
c) ser mantidos em bom estado de conservação, limpos e livres de objetos e ferramentas;
d) possuir proteção e identificação dos circuitos. e
e) atender ao grau de proteção adequado em função do ambiente de uso.
Os dispositivos de partida, acionamento e parada das máquinas devem ser projetados, selecionados e instalados de modo que:
a) não se localizem em suas zonas perigosas;
b) possam ser acionados ou desligados em caso de emergência por outra pessoa que não seja o operador;
c) impeçam acionamento ou desligamento involuntário pelo operador ou por qualquer outra forma acidental;
d) não acarretem riscos adicionais;
e) não podem ser burlados.
As máquinas e equipamentos, cujo acionamento por pessoas não autorizadas possam oferecer risco à saúde ou integridade física de qualquer pessoa, devem possuir sistema que possibilite o bloqueio de seus dispositivos de acionamento. O acionamento e o desligamento simultâneo por um único comando de um conjunto de máquinas e equipamentos ou de máquinas e equipamentos de grande dimensão devem ser precedidos da emissão de sinal sonoro ou visual. ((Alterado pela Portaria MTB 98/2018). Devem ser adotadas, quando necessárias, medidas adicionais de alerta, como sinal visual e dispositivos de telecomunicação, considerando as características do processo produtivo e dos trabalhadores.
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18.12.1.
18.12.2. NR 15 - Norma Regulamentadora 15 - Atividades e Operações Insalubres
São consideradas atividades ou operações insalubres as que se desenvolvem acima dos:
· Limites de Tolerância para Ruído Contínuo ou Intermitente;
· Limites de Tolerância para Ruídos de Impacto;
· Limites de Tolerância para Exposição ao Calor;
· Agentes Químicos Cuja Insalubridade é Caracterizada por Limite de Tolerância Inspeção no Local de Trabalho;
Entende-se por "Limite de Tolerância", para os fins desta Norma, a concentração ou intensidade máxima ou mínima, relacionada com a natureza e o tempo de exposição ao agente, que não causará danos à saúde do trabalhador, durante a sua vida laboral. O exercício de trabalho em condições de insalubridade, de acordo com os subitens do item anterior, assegura ao trabalhador a percepção de adicional, incidente sobre o salário mínimo da região, equivalente a:
· 40% (quarenta por cento), para insalubridade de grau máximo;
· 20% (vinte por cento), para insalubridade de grau médio;
· 10% (dez por cento), para insalubridade de grau mínimo.
Cabe à autoridade regional competente em matéria de segurança e saúde do trabalhador, comprovada a insalubridade por laudo técnico de engenheiro de segurança do trabalho ou médico do trabalho, devidamente habilitado, fixar adicional devido aos empregados expostos à insalubridade quando impraticável sua eliminação ou neutralização. A eliminação ou neutralização da insalubridade ficará caracterizada através de avaliação pericial por órgão competente, que comprove a inexistência de risco à saúde do trabalhador.
18.13. SECADOR
18.13.1. NR-12 – SEGURANÇA NO TRABALHO EM MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS
Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem referências técnicas, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores e estabelece requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos, e ainda à sua fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a qualquer título, em todas as atividades econômicas. É permitida a movimentação segura de máquinas e equipamentos fora das instalações físicas da empresa para reparos e adequações. (Inserido pela Portaria MTE n.º 857/2015). O empregador deve adotar medidas de proteção para o trabalho em máquinas e equipamentos, capazes de garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores, e medidas apropriadas sempre que houver pessoas com deficiência envolvidas direta ou indiretamente no trabalho.
São consideradas medidas de proteção, a serem adotadas nessa ordem de prioridade.
a) medidas de proteção coletiva;
b) medidas administrativas ou de organização do trabalho;
c) medidas de proteção individual.
Cabe aos trabalhadores:
a) cumprir todas as orientações relativas aos procedimentos seguros de operação, alimentação, abastecimento, limpeza, manutenção, inspeção, transporte, desativação, desmonte e descarte das máquinas e equipamentos;
b) não realizar qualquer tipo de alteração nas proteções mecânicas ou dispositivos de segurança de máquinas e equipamentos, de maneira que possa colocar em risco a sua saúde e integridade física ou de terceiros;
c) comunicar seu superior imediato se uma proteção ou dispositivo de segurança foi removido, danificado ou se perdeu sua função;
d) participar dos treinamentos fornecidospelo empregador para atender às exigências/requisitos descritos nesta Norma;
e) colaborar com o empregador na implementação das disposições contidas nesta Norma.
Nos locais de instalação de máquinas e equipamentos, as áreas de circulação devem ser devidamente demarcadas e em conformidade com as normas técnicas oficiais. As vias principais de circulação nos locais de trabalho e as que conduzem às saídas devem ter, no mínimo, 1,20 m. As áreas de circulação devem ser mantidas permanentemente desobstruídas.
Instalações e dispositivos elétricos
As instalações elétricas das máquinas e equipamentos devem ser projetadas e mantidas de modo a prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico, incêndio, explosão e outros tipos de acidentes, conforme previsto na NR10. As instalações elétricas das máquinas e equipamentos que estejam ou possam estar em contato direto ou indireto com água ou agentes corrosivos devem ser projetadas com meios e dispositivos que garantam sua blindagem, estanqueidade, isolamento e aterramento, de modo a prevenir a ocorrência de acidentes.
Os quadros de energia das máquinas e equipamentos devem atender aos seguintes requisitos mínimos de segurança:
a) possuir porta de acesso, mantida permanentemente fechada;
b) possuir sinalização quanto ao perigo de choque elétrico e restrição de acesso por pessoas não autorizadas;
c) ser mantidos em bom estado de conservação, limpos e livres de objetos e ferramentas;
d) possuir proteção e identificação dos circuitos. e
e) atender ao grau de proteção adequado em função do ambiente de uso.
Os dispositivos de partida, acionamento e parada das máquinas devem ser projetados, selecionados e instalados de modo que:
a) não se localizem em suas zonas perigosas;
b) possam ser acionados ou desligados em caso de emergência por outra pessoa que não seja o operador;
c) impeçam acionamento ou desligamento involuntário pelo operador ou por qualquer outra forma acidental;
d) não acarretem riscos adicionais;
e) não podem ser burlados.
As máquinas e equipamentos, cujo acionamento por pessoas não autorizadas possam oferecer risco à saúde ou integridade física de qualquer pessoa, devem possuir sistema que possibilite o bloqueio de seus dispositivos de acionamento. O acionamento e o desligamento simultâneo por um único comando de um conjunto de máquinas e equipamentos ou de máquinas e equipamentos de grande dimensão devem ser precedidos da emissão de sinal sonoro ou visual. ((Alterado pela Portaria MTB 98/2018). Devem ser adotadas, quando necessárias, medidas adicionais de alerta, como sinal visual e dispositivos de telecomunicação, considerando as características do processo produtivo e dos trabalhadores.
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18.14. PROJETO DE MELHORIA CONTÍNUA
Iremos criar um programa dentro da empresa para fomentar a segurança na empresa, onde os funcionários podem apresentar projetos de melhoria da segurança em que caso seja boa a ideia ele será gratificado com bônus no salário ou até mesmo promoção dentro da planta. A ideia é criar um ambiente competitivo para ideias serem apresentadas em prol da segurança.
19. ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO
19.1. BRANQUEAMENTO
A polpa de celulose, extraída e limpa, vai para a etapa de branqueamento. Essa é mais uma etapa química, onde são adicionados peróxido de hidrogênio, dióxido de cloro, oxigênio e hidróxido de sódio, visando melhorar as propriedades da celulose. [1]
O objetivo do branqueamento é tratar a celulose para que ela seja mais alva, limpa e pura. Esse processo depende muito do cozimento, pois, quanto menor a quantidade de lignina, menor será a necessidade dos reagentes de branqueamento. [1]
As etapas de preparação da celulose que mais causam impactos ambientais são a do branqueamento e a destinação dos resíduos. O processo de branqueamento apresenta cloro nas substâncias orgânicas utilizadas, inclusive a lignina. Podendo contribuir para a formação de compostos organoclorados.
A grande dificuldade é que esses resíduos são substâncias corrosivas cujos efluentes podem afetar a vida aquática, caso sejam despejados diretamente no ambiente. Portanto, é necessário ser realizado o tratamento desses compostos, evitando os danos ao meio ambiente. [1]
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19.1.1. Resíduos orgânicos e inorgânicos
A indústria de papel e celulose gera grandes volumes de resíduos orgânicos e inorgânicos que agridem o meio ambiente. Esses resíduos, em especial o lodo branco, estão presentes na água utilizada no processo de branqueamento do papel, água essa que requer tratamento intenso e complexo antes de ser devolvida aos rios. [2]
19.1.2. Resíduos gasosos
Os resíduos gasosos são produtos das reações de fermentação aeróbia (desenvolvidos na superfície) e anaeróbia (nas camadas mais profundas); a fermentação anaeróbia dá origem a CO2 e a CH4 (metano), o qual pode ser aproveitado para a produção de biogás.
As emissões atmosféricas mais significativas, e passíveis de controle na indústria de papel e celulose são geradas no processo Kraft. São os materiais particulados (MP), compostos de enxofre reduzido total (TRS), óxidos de nitrogênio e de enxofre, compostos orgânicos voláteis, cloro e dióxido de cloro, quando usados no branqueamento (MIELI, 2007).
19.1.3. Resíduos organoclorados recalcitrantes e altamente tóxicos
No branqueamento convencional (Standard - STD) utiliza-se cloro elementar (Cl2) para a remoção da lignina residual presente nas fibras celulósicas, sendo gerada uma enorme variedade e quantidade de substâncias organocloradas recalcitrantes e altamente tóxicas. (ALMEIDA, 2004). Em seguida, passa por uma extração alcalina com soda cáustica e, depois, por uma série de sequências, alternando-se o dióxido de cloro, o hipoclorito e a soda cáustica. (PIOTTO, 2003).
19.1.4. Controle no processo de Branqueamento na indústria de papel e celulose
19.1.4.1. Controle dos resíduos orgânicos e inorgânicos
Em busca de alternativas na redução destes resíduos, pesquisadores da Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) da USP desenvolveram um método que, além de oferecer alternativa limpa para o processo de branquear o papel, ainda produz bioetanol. O combustível é obtido a partir do lodo branco, um dos principais resíduos da indústria de papel e celulose.
Conta o biólogo Jorge Henrique Almeida Betini, responsável pela pesquisa, que utilizou enzimas fúngicas para quebrar moléculas do lodo branco. Esse resíduo se constitui, na maior parte, por fibras microscópicas de celulose e restos de amido. “Cada fibra de celulose e de moléculas de amido é composta por vários seguimentos de açúcares, como se fossem gomos de salsicha unidos entre si”. Ao adicionar enzimas, as moléculas de fibra de celulose e de amido se separam em açúcares menores que alimentam a levedura Saccharomyces cerevisiae, a mesma do fermento de pão, que também é a responsável pela produção do etanol. Foi assim que conseguiu o bioetanol, biotransformando o lodo branco. [2]
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19.1.4.2. Controle de substâncias organocloradas recalcitrantes e altamente tóxicas
Uma forma de controlar essas substâncias do processo é descartando o uso do cloro elementar (Cl2) que é utilizado para a remoção da lignina residual presente nas fibras celulósicas e utilizar o ozônio ou peróxido de hidrogênio que são menos agressivos ao meio ambiente.
Porém, não se tem um método ainda eficaz para redução destes resíduos gasosos como para os resíduos orgânicos e inorgânicos abordado. Estudos vêm sendo feitos para diminuição de tais danos causados ao meio ambiente.
Cartas de controle de substâncias orgânicas, organoclorados, lignina e carboidratos
A fábrica de papel e celulose gera vazões elevadasde efluente, sendo este de difícil tratamento por possuir alta carga de matéria orgânica, organoclorados, lignina e carboidratos. O tratamento biológico é o mais utilizado atualmente. Este trabalho avaliou a eficiência de remoção de toxicidade desse efluente após degradação biológica, através de ensaios ecotoxicológicos. Foram realizados ensaios de toxicidade crônica e aguda, conforme normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). [7]
Observa-se elevada toxicidade aguda e crônica para ambos os efluentes (ácido e alcalino), o que já era esperado, haja vista que o efluente do branqueamento é o grande responsável pela toxicidade do efluente total das indústrias de papel e celulose.
19.2. CALDEIRA DE BIOMASSA
A norma brasileira que trata de resíduos sólidos é a NBR 10.004/2004. No caso da indústria de papel e celulose, os principais resíduos obtidos na caldeira de biomassa são as cinzas. A grande quantidade de resíduos geradas em caldeira pela queima de biomassa florestal de indústria de celulose e papel vem provocando preocupações ambientais e econômicas (MAEDA, SILVA e MAGALHÃES, 2007). Uma das justificativas para a utilização de resíduos de queima (cinzas de caldeira) na agricultura é o fato de a maior parte da agricultura nacional ser dependente de fertilizantes químicos que são derivados de fontes não renováveis (SÉKULA, 2011).
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) refere-se aos resíduos em quatro normas:
· NBR 10.004 – Classificação;
· NBR 10.005 – Procedimento – Lixiviação;
· NBR 10.006 – Procedimento – Solubilização;
· NBR 10.007 – Procedimento – Amostragem.
A caracterização de um resíduo (NBR 10.004) permite classificar um resíduo sólido, bem como identificar se este deve ser qualificado como perigoso por apresentar características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade, etc. Estas características devem direcionar os esforços no processo de gestão e destinação do resíduo.
A NBR 10.004 classifica os resíduos quanto ao risco à saúde pública e ao meio ambiente em dois grandes grupos (RIBEIRO, 2010):
· Resíduos Classe I (Perigosos): resíduos com inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade.
· Resíduos Classe II (Não perigosos): São divididos em Não Inertes (II A), com propriedades como biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água e inertes (II B), cuja solubilidade não comprometa os padrões de potabilidade, exceto cor, aspecto, dureza, sabor e turbidez, quando analisados segundo as NBR 10.006 e 10.007 (WITTMANN, 2010).
As cinzas (fração inorgânica da biomassa) agregam todos os elementos que não são relevantes nas reações de combustão, como o fósforo, o potássio e o cálcio (NOGUEIRA, BRAND, 2008). São materiais inorgânicos, sendo constituídos por Ca, Si, Mg, K e S (BORLINI, et al, 2005).
Os principais componentes das cinzas provenientes da queima de madeira são: SiO2, Al2O3, MnO2, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O. As cinzas podem causar ataque químico aos refratários, sinterização do material particulado e incrustações de óxidos alcalinos quando o teor de Na2O, K2O está elevado (BRANCO, 2012).
A forma que as cinzas ficarão dispostas no sistema depende do tipo de equipamento utilizado para queimar, recircular e reter as cinzas:
· Queimar: a queima de combustíveis sólidos pode ser feita sobre a grelha ou em suspensão. Parte das cinzas sai no cinzeiro (escória) e o restante é levado para a seção de exaustão (cinza volante).
· Recircular: parte das cinzas que é levada da fornalha para a seção de exaustão possui facilidade para se chocar contra os tubos dos recuperadores de energia e serem reinjetadas na fornalha. Esta parte das cinzas é chamada fuligem e possui teor de matéria orgânica de até 90%.
· Reter: o volume de cinzas que passa pelos recuperadores de energia é constituído de partículas bastante finas e são retidos para não ir para a atmosfera. Os equipamentos que fazem este trabalho são separadores sólido-gás, por exemplo, multiciclones, filtros de manga e precipitadores eletrostáticos.
A composição e distribuição granulométrica das cinzas em caldeiras de biomassa, depende das características físico-químicas da biomassa, do regime de operação e capacidade da caldeira e, do sistema de queima e limpeza da grelha. O percentual de cinzas formadas na queima que são arrastadas com os gases varia de 60 a 90% em sistemas de queima em camada (sobre a grelha) e de 90 a 98% para queima em suspensão (SILVA, 2000).
As alternativas para Destinação de Resíduos de Queima (cinzas) são: aterro sanitário, agricultura, compostagem, indústria cerâmica, construção civil, etc.
19.2.1. CARTA DE CONTROLE DA CALDEIRA DE BIOMASSA
Os problemas operacionais que ocorrem numa caldeira de biomassa variam de processo para processo. Com isso, ressalta-se a importância do controle de alguns parâmetros ao ser utilizada.
· Regulagem da pressão de fornalha
A pressão negativa interna da fornalha é fundamental ao bom funcionamento e rendimento do equipamento. Quando há pressão positiva na fornalha, que se caracteriza pelo excesso de ar nos ventiladores, graves problemas relacionados ao equipamento podem ocorrer.
· Temperatura dos gases
O aparecimento de temperaturas altas na saída dos gases de combustão pode indicar anormalidade operacional. É, também, um indicativo da forma pela qual a transferência de calor se processa no interior da caldeira. Para obter-se um melhor controle de temperatura, o termômetro deverá ser fixado através de um orifício, rosqueado na chaminé, ou antes do pré-ar.
· Tiragem
É o processo pelo qual se garante a admissão de ar na fornalha e a circulação dos gases de combustão através de toda a caldeira até a sua saída para a atmosfera. A tiragem deve vencer a perda de carga do sistema e o exaustor deverá ser dimensionado para tal. Quando excessivamente alta, ocasiona o aumento da velocidade de saída dos gases de combustão, diminuindo o tempo de troca térmica, fazendo com que a temperatura dos gases na chaminé seja elevada. Em contrapartida, quando for baixa pode provocar o abafamento da fornalha, o que prejudica a combustão.
· Formação de cinzas
As cinzas formadas devem ser recolhidas através das portas que possuem esse intuito. Considerando a umidade do combustível, esta limpeza deverá ser realizada constantemente. É recomendável fazer esta retirada para evitar que se formem escórias que aos poucos proibirão a entrada de ar.
· Controle da temperatura de fornalha
Biomassas mais secas ou densas, exigem melhor controle da temperatura de fornalha, já que produzem maior temperatura de chama, possibilitando a danificação de grelhas e partes refratárias. Combustíveis mais úmidos costumam produzir chamas mais longas e mais fuliginosas. A indicação correta da temperatura de fornalha pode ser medida por termopares e, a correta instalação, tipo e precisão requerida é de extrema importância.
· Análise dos gases de combustão
A observação da chama, da fornalha e da chaminé é muito importante para que o operador possa ter o sentido do melhor ajuste visual. Entretanto, para a determinação do excesso de ar aplicado, verificação da proporção correta do ar/combustível ou se há formação de combustível não queimado, é preciso a analisar CO2, O2 e CO.
· Manter superfícies de trocas térmicas limpas
Com o decorrer da operação, a fuligem e cinzas vão sendo arrastadas e depositadas, isolando as superfícies de troca de calor. Acúmulo de fuligem nos tubos causam perdas de calor e de rendimento da caldeira. A frequência de limpeza dos tubos é um fator determinante para a manutenção de bons rendimentos.
19.3. CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO
O licor negro é um resíduo do processo de polpação Kraft que tem sido utilizado como insumo energético, com menor ou maior eficiência dependendo do processo utilizado. Dessa forma, o estudo para melhorar a eficiência energética do licor negro é de extrema importância.
O caráter cíclico de recuperação de reagentes e a capacidade de geração de energia própria em caldeiras de recuperaçãoquímica têm o papel essencial no sucesso deste setor industrial. Hoje, uma unidade industrial nova (green field mill) é um empreendimento de 2-5 bilhões de dólares e uma caldeira de recuperação atinge facilmente 200-600 milhões de dólares
Figura 59: Distribuição das novas capacidades de recuperação química pelo mundo.
O processo Kraft de produção de fibras, ou polpas, de celulose a partir de madeira, utiliza como reagentes principais soda (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S) em uma solução denominada licor branco para modificar, dissolver e retirar a lignina da madeira em uma solução denominada licor preto. Cada tonelada de polpa celulósica gera 10 toneladas de licor preto diluído ou fraco, que deve ser concentrado a acima de 75% de teor de sólidos. Ainda assim, estes 1,5 toneladas de sólidos secos totais, para cada tonelada de polpa produzida, são capazes de gerar considerável energia térmica e elétrica na fornalha de recuperação, conhecida como caldeira de recuperação química. Note-se na figura 2, o caráter cíclico da recuperação química com alta eficiência [2], de aproximadamente 97%.
Figura 60: Processo Kraft de polpa celulósica dentro do caráter cíclico de recuperação
Portanto, a caldeira de recuperação tem a função de incinerar a carga poluente do licor preto para minimizar impacto ambiental, gerar energia térmica, co-gerar energia elétrica, e recuperar os reagentes inorgânicos. O licor preto concentrado é espalhado no interior da fornalha, onde passa por secagem, pirólise, gaseificação e cai no leito. A combustão no leito é controlada em ambiente redutor, de pouco oxigênio, de modo que se forme Na2S. Este sulfeto, junto com carbonato de sódio (Na2CO3), forma a maior parte de inorgânicos que, nesta fornalha de alta temperatura, escoa como material fundido para subseqüentes tratamentos de recuperação de soda através de reação de (Na2CO3) com cal (CaO) produzindo soda (NaOH) solúvel em água que voltará ao processo de polpação de cavacos como licor branco, e carbonato de cálcio (CaCO3) sob forma de lama de cal que será lavado, calcinado em forno para recuperar novamente (CaO) e voltará ao processo de reação de produção de soda.
O sistema utiliza o condensado para dissolução das cinzas do precipitador e alimenta esta solução a um cristalizador evaporativo. Com a evaporação da água, a concentração dos sulfatos e carbonatos de sódio em solução aumenta, gerando os cristais que serão posteriormente recuperados.
Além da recuperação química, a queima dos compostos orgânicos do licor preto na caldeira de recuperação serve como combustível para gerar vapor, tanto como energia térmica do processo como veículo para gerar energia elétrica. Assim as caldeiras são cada vez maiores em suas dimensões para maior eficiência global de acordo com que quanto maiores a temperatura e pressão, maior capacidade de produção.
19.3.1. Carta de controle de caldeira de recuperação
Para cada kg de licor preto calcula-se a disponibilidade de 15000 kJ de energia, o que significa com as devidas eficiências inclusas, a geração de 3,5 kg de vapor. Cada 2000 t/dia de produção de polpa celulósica podem gerar 3000 t/dia de sólidos de licor preto, o que pode resulta na prática 50-70 MW de energia elétrica, podendo chegar, em caldeiras modernas, a gerar a 10000 t/dia de vapor a 510°C e 110 bar e 1800 MWh/dia de energia elétrica. [3]
Para maior observação sobre diferentes tipos de caldeiras de recuperação de acordo com a necessidade da capacidade da indústria, pode-se analisar próxima figura:
Figura 61: Cadastro geral de caldeiras de recuperação no Brasil em 2005 [5]
Com o aumento da estabilidade da planta vinda de uma consequente produção correta de vapor no processo a fim de atender a demanda de produção, além de reduzir os custos de make up de químicos, a solução aumenta a economicidade e vida útil da caldeira devido à redução dos golpes de fuligem, possibilitando o alcance de remoção de até 99% de potássio e cloretos com a recuperação de 93 % de sódio..
19.4. CAUSTIFICAÇÃO DE LAMA DE CAL
É um resíduo sólido de coloração cinza claro, homogêneo e sem odor característico, gerado no processo de clarificação do licor verde, conforme descrito a seguir:
Na2CO3 + Ca (OH) (cal virgem) 2Na (OH) + CaCO3 (lama de cal).
A lama de cal é processada para a recuperação da cal hidratada, o que se dá por meio de combustão e hidratação. Esse resíduo é gerado quando o forno de caustificação tem capacidade limitada ou quando necessita de manutenção e parte da lama de cal necessita ser descartada (NOLASCO et al., 2005; BERGAMIN et al., 1994). A composição da lama de cal, está descrita na tabela 1.
Figura 62: Composição de lama de cal. Fonte: Benedetti (1994).
O licor verde clarificado é bombeado ao extintor de cal. No extintor, a cal é dosada a uma taxa calculada misturando-se ao licor verde (NaCO3 + Na2S) e formando o licor branco (NaOH + Na2S) e a lama de cal (CaCO3). A cal não reagida sedimenta-se no classificador sendo então empurrada para fora do extintor. Este resíduo é conhecido como grits. A mistura licor branco e lama de cal segue por gravidade para os caustificadores, depois para os clarificadores, para a separação da lama de cal precipitada do licor. O licor clarificado é bombeado então para o(s) digestor(es), fechando assim o “ciclo sódio” (caustificação); seguindo a lama para lavagem.
Figura 63: Processo de polpação kraft. Fonte: Meio Ambiente UFMG.
A lama retirada dos clarificadores de licor branco é enviada a um filtro rotativo onde o licor arrastado é extraído, retornando ao clarificador, e a lama é enviada ao lavador de lama, onde se adiciona água para a lavagem por diluição com o objetivo de retirar dela toda a soda (NaOH) possível antes da etapa de calcinação. A água de lavagem da lama de cal, chamada de licor branco fraco, segue para a caldeira de recuperação para dissolver o smelt. A lama de cal lavada é bombeada a um filtro de vácuo para lavagem final e desaguamento, sendo então conduzida ao forno de cal, onde a lama de cal (CaCO3) é convertida em cal (CaO) com liberação de dióxido de carbono (CO2). Quando é grande a quantidade de impurezas presentes na lama de cal ou quando há um excesso de produção, ela não é enviada para o forno de cal, devendo ser retirada do sistema. O filtrado do filtro de lama retorna para ser usado na lavagem. Após a regeneração da cal nos fornos, a mesma é hidratada no extintor convertendo-se novamente em Ca(OH)2, que retorna aos caustificadores para processar mais licor verde, fechando-se o “ciclo cálcio” (apagamento).
Tabela 19: Produção e destino do dregs, grits e lama de cal no ano de 2007. Fonte: Meio Ambiente UFMG.
Com relação aos resíduos da lama de cal (decorrentes da regeneração dos agentes químicos do cozimento da madeira), a coleta teve duração de uma semana, com amostragem horária, sendo a lama coletada em pilha e o restante em caçambas conforme determina a NBR 10 007 (ABNT, 2004).
O óxido de potássio (K2O) e de titânio (TiO2) procedem da muscovita e rutilo, respectivamente. O óxido de cálcio (CaO) presente na lama de cal está associado à composição carbonática desses resíduos.
Figura 70: Os difratogramas da lama de cal. Fonte: Meio Ambiente UFMG.
Com o intuito de obter algumas das fases estáveis da série isomórfica dos plagioclásios (anortita Ca (Al2Si2)O8, albita Na(AlSi3)O8) ou outras como gehlenita (Ca2Al2SiO7) e mulita (3Al2O3·2SiO2), responsáveis por maior resistência mecânica do material cerâmico, foram utilizados resíduos do processo de recuperação de químicos da CENIBRA ricos em cálcio (lama de cal), tendo por base os diagramas de equilíbrio de fases dos sistemas: SiO2-Al2O3-Na2O, SiO2-Al2O3-K2O e SiO2-Al2O3-CaO
Figura 71: Diagrama de equilíbrio de fases do sistema SiO2-Al2O3-Na2O. Fonte: Hinz, 1971, p.152
Observa-se, por meio das curvas TG e DTG, que há uma etapa de perda de massa entre 600º e 800ºC, referente à decomposição do carbonato de cálcio, que libera CO2, segundo a reação: 𝐶𝑎𝐶𝑂3 → 𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2. Durante estadecomposição a perda de massa em relação à massa inicial devido a liberação de CO2 é de 38,82%. A amostra de lama de cal contém 88,22% de carbonato de cálcio (CaCO3).
Figura 72: Curvas TG, DTG e DSC em ar da lama de cal. Fonte: EQ, EPQB/UFRJ
Da temperatura ambiente até o início da decomposição do CaCO3, ocorrem duas perdas de aproximadamente 0,58% e 1,52% em massa, respectivamente, devido à umidade residual presente na amostra e decomposição de outros compostos presentes na lama de cal. De acordo com a literatura, este outro composto presente pode ser o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), que pode estar se decompondo nesta faixa de temperatura. E como nas análises por DRX foi identificada calcita magnesiana, pode estar presente também o hidróxido de magnésio.
O resultado da análise de Difração de Raios-X da lama de cal, de acordo coma identificação dos picos, o resultado confirma a presença de carbonato de cálcio na lama de cal (calcita). Além disso, o resultado mostra a presença de calcita magnesiana, o que está de acordo com dados da literatura, a respeito de caracterização deste tipo de rejeito, como os publicados por Martins et al. (2007).
Figura 73: Resultado da análise de DRX da lama de cal. Fonte: EQ, EPQB/UFRJ.
O resultado da análise de Fluorescência de Raios-X da lama de cal:
Tabela 20: Resultado da Fluorescência de Raios-X da lama de cal. Fonte: EQ, EPQB/UFRJ. *P.F. = perda ao fogo feita pela análise TG até 1000ºC.
O cálcio é o elemento presente em maior quantidade, sendo que a perda ao fogo determinada foi de 40,96%. O teor de Mg identificado provavelmente está relacionado com sua presença em calcita magnesiana ou hidróxido de magnésio. Os outros elementos indicam pequena quantidade de impurezas contidas.
As curvas de nível, obtidas através da opção Contour do Statistica, fornecem uma análise da tendência da resposta da variável dependente. A partir das curvas de nível e da superfície de resposta é possível observar que maiores eficiências seriam obtidas com vazão de ar de 8 L/min e 60% de excesso de lama de cal.
Figura 74: Superfície de resposta para a variável eficiência. Fonte: EQ, EPQB/UFRJ
Figura 75: Curvas de nível para a variável eficiência. Fonte: EQ, EPQB/UFRJ.
19.5. CAUSTIFICAÇÃO DE LICOR VERDE
Durante as etapas envolvidas no ciclo da recuperação dos produtos químicos utilizados na indústria de extração de celulose, tem-se o processo de caustificação, uma reação química entre o licor verde (solução de sulfeto de sódio e carbonato de sódio) com a cal (óxido de cálcio), a fim de obter o licor de cozimento (solução hidróxido de sódio e sulfeto de sódio, basicamente), necessário para o cozimento dos cavacos de madeira para a extração da celulose.
O licor negro, obtido na etapa de reação do licor branco com a madeira, após ser evaporado a teor de sólidos, é queimado na caldeira de recuperação, resultando em um fundido, que logo após a dissolução com o licor branco fraco proveniente da lavagem da lama de cal, forma o chamado licor verde (Na2CO3 + Na2SO4 + Na2S + Fe(OH)2). Da caustificação do licor verde – após a adição de óxido de cálcio (CaO) – é extraída a lama de cal, um resíduo de coloração branca formado predominantemente por carbonato de cálcio (CaCO3). O dregs, por sua vez, possui cor acinzentada e é removido durante a clarificação do licor verde, ou seja, por ocasião da remoção de impurezas como o carbono, partículas de lama, hidróxidos e sulfetos de metais, além de outros elementos
Em estudos realizados com o licor verde, verifica-se a existência de alguns elementos essências às plantas, como cálcio, magnésio, potássio, cobre e zinco, além de atributos importantes, como o valor de neutralização.
Os valores de neutralização (VN) é a capacidade neutralizante do corretivo de acidez do solo. O VN destes resíduos são proporcionais aos teores de óxidos, hidróxidos e carbonatos associados quimicamente a elementos como o Ca e o Na. O valor é de aproximadamente 40% para o licor verde.
19.5.1. Carta de Controle da Caustificação do Licor Verde
Nesse momento, é feita a análise de possíveis cenários de como o sistema se comporta mediante a modificação de um determinando dado de entrada, deste modo, é possível avaliar e otimizar o processo.
A figura 1 mostra o comportamento da razão entre CaO e licor verde filtrado, em ambas as linhas, quando perturbada a entrada de óxido de cálcio na corrente de make-up antes da adição da rotina de otimização.
Figura 76: Razão CaO/LVF antes da adição da rotina de otimização.
Observa-se que, enquanto a linha 1 (preto) opera acima da sua capacidade, a linha 2 (azul) está subestimada, afetando o equilíbrio global do processo e, consequentemente diminuindo a eficiência de caustificação, como pode ser observado na figura 2.
Figura 77: Análise da eficiência de caustificação (EC%) antes e depois da adição da rotina de otimização.
Nota-se na figura 2 o aumento significativo da eficiência de caustificação após o ajuste da razão entre o óxido de cálcio (CaO) e o licor verde filtrado que alimentam os reatores de apagamento. Em um primeiro momento tinha-se uma eficiência em torno de 75,2% (linha preta), quando otimizada esta relação obteve-se um aumento de 1,6%, alcançando 76,8% (linha azul). A Figura 3 faz uma análise de como a inserção da rotina de otimização consegue alcançar e manter o ajuste da razão quando alterada a condição entrada de CaO por meio do aumento da corrente de make-up.
Figura 78: Ajuste da razão em ambas as linhas após a rotina de otimização
Percebe-se que tanto a linha 1 quanto a linha 2 foram devidamente ajustadas, tanto que possuem o mesmo valor, ficando sobrepostas na figura 3. Com isso, o comportamento linear foi mantido mesmo quando modificado o fluxo de entrada, o que implica que a rotina implementada consegue manter o sistema operando de maneira ótima, ajustandose continuamente sob novas condições. Com a razão CaO/LVF acertada pode-se então avaliar o comportamento do sistema quando a mesma é deslocada dentro da faixa teórica.
Sabe-se que é importante manter esta razão dentro dos limites de 70 a 73 kg de óxido de cálcio para cada metro cúbico de licor verde filtrado, visto que o aumento excessivo provoca, além do overliming, o aumento significativo na eficiência de cautificação o que – até certo ponto – é positivo para o processo, todavia torna-se prejudicial quando ultrapassa o limite de segurança de 5% a menos da eficiência teórica estabelecida da literatura por meio da curva de gowdin. A figura 4 mostra como o aumento da calagem afeta a eficiência de causfiticação observando o comportamento da razão CaO/LVF.
Figura 79: Análise do comportamento da eficiência de caustificação.
Uma das principais variáveis de avaliação da qualidade deste licor está atrelada a recuperação da soda (NaOH). O aumento da produção deste composto impacta diretamente a extração de celulose na etapa de cozimento, isso porque quantidades maiores de NaOH melhoram a operação nos digestores, diminuindo a acidez e favorecendo a não degradação excessiva das fibras de madeira.
Além disso, os custos com a compra desse produto na etapa de digestão podem ser consideravelmente reduzidos. Na figura 5 avalia-se como o aumento da calagem afeta a produção de soda (NaOH) do licor branco e como isto impacta a eficiência de caustificação.
Figura 80: Análise da recuperação de soda.
Pode-se constatar o comportamento crescente da recuperação de soda bem como da eficiência de caustificação. Isto se dá pelo fato de que quanto maior a parcela de CaO nos reatores de apagamento, maior a conversão em hidróxido de sódio (NaOH), o que acarreta, além do aumento na eficiência de caustificação (EC%), o aumento na quantidade de NaOH no licor branco recuperado.
19.6. COZIMENTO
Cozimento ou digestão da madeira se processa em vasos de pressão, conhecidos como cozedor ou digestor, podendo ser efetuado, em regime de batelada (descontínuo) ou contínuo.
No processo de cozimento descontínuo, o aquecimento é realizado de acordo, com umprograma pré-determinado, no qual, a temperatura é elevada gradualmente, durante 50 a 90 min, até atingir um determinado valor (geralmente 170 °C), sendo mantido durante um certo período de tempo.
No processo contínuo, os cavacos e o licor são alimentados continuamente no digestor e atravessam zonas de temperaturas crescentes, até atingir a zona de cozimento, onde a temperatura é mantida constante. O período de tempo é determinado pelo tempo que os cavacos atravessam a zona, até serem descarregados continuamente do digestor.
Alguns resíduos são gerados no processo de produção da Celulose, e a etapa de cozimento também contém alguns resíduos provenientes do processo realizado pelo digestor. Rejeitos do digestor são resíduos problemáticos, pois possuem alcalinidade ativa, pH alto, lixiviam líquido escuro, e com isso, possuem impacto ambiental substancial.
Os conhecidos “nós” ou ‘incozidos” são resíduos usuais no processamento de madeira em suas conversões a celulose. O nome “nós” está associado aos nós da madeira, que são os pontos de inserção dos galhos no tronco. Essa madeira é de mais difícil cozimento e por essa razão, relacionada aos rejeitos do processo kraft. Entretanto, os rejeitos não são oriundos apenas dessas madeiras anormais. Alguns cavacos de eucalipto mais densos, mais espessos, ou sobre dimensionados, ou ainda de alguma madeira defeituosa, acabam por não se impregnar bem e ficam parcialmente deslignificados no cozimento.
Com isso, suas fibras não se individualizam e eles precisam ser separados da polpa. Esses rejeitos existem, eles são inevitáveis no processo. Mesmo com picadores modernos ou com digestores com alta tecnologia, esses rejeitos sempre acabam por aparecer.
Os nós carregam em seu interior uma certa quantidade de álcalis residuais. Eles estão parcialmente cozidos, e já perderam frações importantes de sua lignina da madeira. Como o material está parcialmente deslignificado, o seu recozimento é favorecido. Pequenas cargas alcalinas e curtos tempos de cozimento são suficientes para completar a liberação das fibras. Isso significa que os nós podem virar celulose muito antes do que os cavacos no interior dos digestores.
Além de se retornar os nós para novo cozimento, existem outras formas de dispô-los, reciclá-los ou reaproveitá-los. Não é recomendado enviar esses rejeitos para um aterro sanitário ou reutilizá-los fora da fábrica. Os rejeitos carregam muito licor preto, são difíceis de serem transportados, exigem veículos especiais, segundo normas ambientais, para evitar que as rodovias se sujem com o licor preto, ou liberem odor. Realizar o armazenamento desses rejeitos dentro a planta industrial também não é adequada pois podem contaminar o solo e os efluentes. Em dias de chuva a liberação de chorume se torna problemática e sobrecarrega-se o tratamento de efluentes (se o chorume for para ETE) ou a evaporação (se for tratado como derrames).
Figura 81: Rejeitos sólidos do digestor na etapa de cozimento.
As soluções existentes para os rejeitos do digestor podem ser as seguintes:
· Recozimento em mistura com cavacos virgens
· Recozimento de forma isolada e cativa em pequeno digestor “batch”, especialmente destinado a essa finalidade
19.2.
19.3.
19.4.
19.5.
19.6.
19.7.
19.7.1. Carta de Controle para um digestor utilizado no processo de Cozimento
O cozimento é feito nos Digestores, que são vasos pressurizados (entre 8,0 e 10,0 kgf/cm2) e com temperatura que chega até 150 graus célsius.
Neste vaso ocorre a impregnação do cavaco com o chamado licor branco – solução aquosa alcalina que contém reagentes como hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S). Nessas condições de cozimento, ocorre a dissolução da lignina a partir da reação do licor branco com a madeira, transformando os cavacos em celulose marrom.
Figura 82: Digestor utilizado no processo de cozimento na Produção de Celulose.
O Digestor é o equipamento-chave da fábrica de papel e celulose e sua etapa de cozimento pode variar de 30 minutos a mais de 3 horas podendo, ser realizado na forma de batelada ou sendo contínuo. O cozimento por batelada é o mais antigo e seu princípio de funcionamento constitui-se em um conjunto de operações cíclicas.
Nesses Digestores para controle do processo há também o controle do PH da reação de cozimento que acontece dentro do equipamento.
O efeito do pH na fabricação de papel influencia as propriedades do produto final. O tratamento da fibra em diferentes níveis de pH resulta em diferentes valores de retenção de água, índice de tensão, compressão e diferentes graus de resistência a rugas. Regular o pH antes da formação da folha de papel é muito importante para alcançar os valores desejados. Na figura X se encontra a carta de controle referente ao controle de PH deste processo.
Figura 83: Carta de Controle de PH do Processo de Cozimento na Produção de celulose.
19.7. DESLIGNIFICAÇÃO
Os resíduos gerados nesse processo são conhecidos como “nós” ou “incozidos” , esse resíduo em geral passa por uma etapa de recozimento o que facilita a liberação da lignina. As soluções existentes para os rejeitos do digestor podem ser as seguintes:
· Recozimento em mistura com cavacos virgens;
· Recozimento de forma isolada e cativa em pequeno digestor batch, especialmente destinado a essa finalidade;
· Queima na caldeira de biomassa como combustível;
· Desfibramento em refinador de discos para produção de pasta semi-quÌmica;
· Desfibramento, depuração, incorporação ás fibras no branqueadas da própria fábrica e envio para a deslignificação com oxigênio e posteriormente branqueamento.
19.7.2. Carta de Controle Deslignificação
No caso do processo de deslignificação é necessário controlar e medir algumas variáveis relacionadas: matéria-prima, a exemplo concentração da lignina, densidade, variáveis no processo kraft a exemplo licor de cozimento, número kappa, tempo e temperatura de cozimento.
Taxa de reação cinética de deslignificação, e representada pela equação abaixo
Sendo:
L = concentração da lignina
T = temperatura
19.7.3. Mecanismos de deslignificação alcalina
Estagio I = quanto a temperatura de cozimento apresenta-se inferior ao valor de 140°C, quase não há remoçõa de lignina, porem, cerca de 20 a 25% da madeira é solubilizada.
Estagio II = com tempeturatura maior parte do processo acima de 170°C, ocorre a deslignificação, cerca de 30 a 35% da madeira é dissolvida e 65% da lignina e removida pelo licor de cozimento.
Figura 84: Mecanismo de deslignificação.
Tabela 21: Condições de cozimento
Abaixo segue quadro com principais risco operacionais e sua forma de controle
Tabela 22: Principais riscos Operacionais
Perigo
Causas Possíveis
Efeitos Possíveis
Observações e/ou Recomendações
Ignição no silo de cavaco
Fonte de ignição externa
Danos materiais; Alteração de qualidade do ar.
Proteger com sistema de combate a incêndio.
Vazamento de licor (branco e/ou preto)
Ruptura ou furo na linha devido a:
- Corrosão;
- Falha mecânica;
- Falha operacional;
- Impacto mecânico.
Ruptura ou falha de componentes (válvula, bomba, tanque).
Perda de produto;
Alteração de qualidade do solo e águas subterrâneas;
Alteração da qualidade das águas superficiais
A área será circundada por mureta de contenção;
Os equipamentos e linhas com licor serão de aço-inox
Vazamento de polpa de celulose
Ruptura ou furo na linha devido a:
- Corrosão;
- Falha mecânica;
- Falha operacional;
- Impacto mecânico.
Ruptura ou falha de componentes (válvula, bomba, tanque).
Acidente pessoal;
Perda de produto;
Alteração de qualidade do solo;
Alteração da qualidade das águas superficiais.
A área será circundada por mureta de contenção.
Vazamento de gases não condensáveis concentrados (GNCC)
Ruptura ou furo na linha devido a:
- Corrosão;
- Falha mecânica;
- Falha operacional;
- Impacto mecânico.
Ruptura ou falha de componentes (válvula, bomba).
Perda de produto;
Alteração da qualidade do ar.
Os gasesnão condensáveis serão coletados e incinerados na caldeira de recuperação.
Explosão do digestor
Sobre pressão ou superaquecimento e falha na abertura da válvula de alívio
Bola de fogo;
Danos materiais;
Alteração da qualidade do ar e do solo.
O sistema de instrumentação/automação poderá ser provido de Inter travamento em caso de alteração dos parâmetros de operação (pressão, temperatura, vazão).
19.8. ETA
A indústria papeleira em seu processo produtivo, consome grande quantidade de água, sendo a vazão efluente muito variável, pois está relacionada ao processo de fabricação utilizado e à capacidade produtiva empregada. As águas residuárias, após o tratamento, para lançamento em corpos d’água receptores, devem atender aos padrões preconizados na legislação. No Brasil, a Resolução em vigor é a CONAMA número 357 de 2005, complementada pela Resolução CONAMA número 430 de 2011. No estado de Minas Gerais também vigora a Deliberação Normativa COPAM/CERH-MG número 01 de 2008.
Os efluentes das indústrias de papel são fontes de poluição significativas para as águas, o lançamento desses despejos in natura gera inconvenientes, como por exemplo, alterações nos corpos hídricos como aumento de turbidez, diminuição do oxigênio dissolvido, o desprendimento de odores desagradáveis, mortandade de peixes dentre outros impactos.
As águas residuárias provenientes do processo de fabricação de papel (fábricas não integradas) possuem menor carga poluidora que as provenientes de fábricas integradas (produção de celulose e papel). Nas fábricas integradas ocorrem as etapas mais críticas para a produção da celulose, matéria-prima básica da indústria do papel: o cozimento com produtos químicos, com o intuito de separar a celulose da lignina e demais componentes vegetais; e o branqueamento da celulose, processo que envolve várias lavagens para retirar impurezas e clarear a pasta que será usada para fazer o papel. Essas etapas são responsáveis pela geração de um efluente com características ácidas, valores elevados de demanda química de oxigênio (DQO), sólidos dissolvidos e cloro (FONSECA et al., 2003).
Nas fases de prensagem e secagem do processo produtivo é originado um efluente denominado de água branca, essa água branca contribui com cerca de 700 a 1400 mg/L de DBO e de 1900 a 3200 mg/L de DQO, rico em fibras celulósicas, cetona, resíduos de cola, agentes branqueadores, corantes e amido (LACORTE et al., 2003). O elevado consumo de água no processo produtivo culmina em elevada diluição das águas residuárias. Normalmente, quanto mais finas são as classes de papel produzidas, maior é o consumo de água e, consequentemente, maior a diluição das águas residuárias industriais (FONSECA et al., 2003). Para tratamento do efluente final da fábrica de papel e celulose, este é submetido à uma estação de tratamento de água e depois desaguado.
O resíduo obtido nas estações de tratamento de água de indústrias de papel e celulose são os lodos. Os lodos são resíduos úmidos e pastosos gerados no tratamento de efluentes que envolvem processos físicos e biológicos seguidos de processos químicos. Dentre os estudos avaliados que abordam a valorização desses resíduos, foram levantadas as seguintes alternativas:
Tabela 23: Alternativas de utilização de lodos
Fonte: (TAKIGUCHI, 2020)
19.8.
19.8.1. Cartas de controle para uma estação de tratamento de água.
O tratamento estatístico de estações de tratamento de água é embasado na distribuição normal dos resultados de análises laboratoriais verificados na rede de distribuição de água. Esse tratamento estatístico pode ser feito através das cartas de controle, as quais têm por objetivo em avisar que existem anomalias em algum local na rede de tratamento de água, o que pode dar origem a água contaminada. Ou seja, as cartas de controle permitem saber, em determinado instante, se um local está ou não sob controle estatístico.
Os gráficos de controle são elaborados através de medições de variáveis de interesse em intervalos de tempo, registro dos resultados e plotagem dos valores medidos em função do tempo. A interpretação é feita em função de linhas horizontais denominadas de limite superior de controle (LSC), linha da média (LM) e limite inferior de controle (LIC), e suas respectivas zonas A, B e C formadas, as quais são calculadas de acordo com as equações (1) a (3)
em que 𝑥̅é o valor da média das variáveis e 𝑠 é o valor do desvio-padrão (SÃO PAULO, 2013). Para detecção de causas especiais nas cartas de controle de Shewhart podem ser utilizados os critérios estabelecidos pela ISO 8258:1991, descritos na Tabela 2
Tabela 24: Critérios para detecção de causas especiais de descontrole (ISO 8258/1991).
Apresenta um exemplo de carta de controle realizada em um período para o parâmetro Cor em uma estação de tratamento de água. De acordo com a ISO 8258:1991, não houve pontos de descontrole no processo. Em nenhum momento o processo esteve fora dos limites de controle, e nem atendeu aos critérios para detecção de causas especiais, de acordo com a Tabela 2. Isso pode ser explicado pelo fato de a medição de Cor apresentar grande variabilidade, com média de 1,87 e desvio padrão de 1,17 (62% da média). Esta grande variabilidade dos dados, expressa pelo desvio padrão, é levada em conta na elaboração das cartas de controle, de forma que sejam necessárias grandes variações para que os valores fiquem fora dos limites de controle. É importante manter controlada a cor da água tratada pois uma água com cor não transmite confiança para o consumidor final, mesmo que não apresente riscos para saúde pública.
Figura 85: Carta de controle para o parâmetro Cor durante certo período.
Fonte: (VALIM, et al, 2019)
A figura 2 apresenta um exemplo de carta de controle de turbidez em um certo período em uma estação de tratamento de água.
Figura 86: Exemplo de carta de controle de turbidez
Fonte: (VALIM, et al, 2019)
A figura 3 apresenta um exemplo de carta de controle de pH em um certo período para uma estação de tratamento de água.
Figura 87: Exemplo de carta de controle de pH
Fonte: (VALIM, et al, 2019)
A figura 4 apresenta um exemplo de carta de controle para o parâmetro Cloro residual livre durante o período em uma estação de tratamento de água.
.
Figura 88: Exemplo de carta de controle de Cloro Residual
Fonte: (VALIM, et al, 2019)
Através do Diagrama de Causa-Efeito, ou Diagrama de Ishikawa, pode-se analisar as principais possíveis causas de descontroles estatísticos em processo representados pelas cartas de controle, possibilitando tratativas e melhorias.
19.9. EVAPORAÇÃO STRIPPING
De todo o condensado produzido na evaporação, o mais limpo será utilizado na lavagem de polpa na linha de fibras e o condensado intermediário será usado na caustificação. Os condensados contaminados da evaporação e do cozimento serão tratados em coluna stripper, e o condensado limpo poderá ser utilizado no processo.
19.9.
19.9.1. Condensado contaminado
No processo de evaporação do licor negro na indústria de celulose é gerado um evaporado na forma de um condensado contaminado e muito tóxico para o tratamento de efluentes. Este condensado, a maior parte com concentração de compostos voláteis como metanol (CH3OH4), metil mercaptana (CH3SH), sulfeto dimetila (CH3SCH3), dissulfeto dimetila (CH3S2CH3) e sulfeto de hidrogênio (H2S), é enviado para a coluna Stripper que tem como objetivo produzir um condensado de alto grau de pureza e propiciar sua reutilização, como água limpa no processo de fabricação de celulose. (VILARROEL, 2005).
Os principais poluentes presentes no condensado contaminado são: Metanol MeOH, Terebentina α-Pineno / β-Pineno, Ácido Sulfídrico H2S, Metil Mercaptano CH3SH, Dimetil Sulfeto CH3SCH3 e Dimetil Disulfeto CH3SSCH3.
19.9.2. Condensado intermediário
Como o condensado intermediário não está totalmente contaminado, ele poderá ser utilizado na caustificação (processo onde ocorre a recuperação do licor branco utilizado no cozimento doscavacos no digestor).
Os elementos presentes no condensado intermediário são: Carbonato de sódio (Na2CO3) e Sulfeto de sódio (Na2S).
19.9.3. Condensado limpo
O condensado limpo gerado no evaporador pode ser utilizado novamente no processo. A Tabela 1 apresenta os resultados de análises realizadas no condensado limpo, bem como os respectivos valores limites para o fluido ser considerado de mesma qualidade que a água tratada.
Tabela 25: Tabela de Condensados na Corrente.
Fonte: ARAUJO, Gabriel Espindola. “Avaliação do condensado limpo para integração de processo em uma indústria de celulose”. Revista brasileira de planejamento e desenvolvimento. v.7, n.3. Curitiba, agosto de 2018.
Os resultados da caracterização demonstraram que o condensado limpo oriundo da evaporação possui certas restrições em seu reaproveitamento, devido sua coloração, pH e carga orgânica, principalmente. Isto impede, em geral, sua utilização nas etapas que exigem elevado grau de pureza, como os processos da planta química e secagem da celulose branqueada.
Uma alternativa para aproveitamento do excesso de condensado limpo gerado na etapa de evaporação é a integração energética dele, aproveitando sua energia e reduzindo a temperatura do mesmo antes de ser enviado para efluente. O principal ponto de uma integração energética é a redução dos custos com utilidades quentes e frias, minimizando, principalmente, o consumo de vapor e água de resfriamento. O objetivo é o aproveitamento da energia presente no condensado limpo para reduzir o consumo de vapor na linha produtiva.
19.9.4. Carta de controle evaporação stripping
Na indústria de celulose, a evaporação do licor negro gera um condensado contaminado e muito tóxico para reuso ou envio para o tratamento de efluentes. O termo condensado contaminado é utilizado para caracterizar todo condensado que possui uma carga de poluente composta especialmente de metanol e compostos reduzidos de enxofre. A Tabela abaixo ilustra os principais poluentes presentes no condensado contaminado do processo de produção de papel e celulose.
Tabela 26: Principais poluentes presentes no condensado contaminado no processo de produção de papel e celulose
Uma das vantagens de se utilizar a evaporação stripping é que o vapor vivo é utilizado como fonte de energia para as colunas, havendo possibilidade de integração energética do processo com a planta de evaporação ou por meio do aquecimento de água desmineralizada. Além disso, em função da alta concentração de metanol obtido nesse sistema, cerca de 85% em massa, pode ser utilizado para substituir parcialmente o combustível utilizado nos fornos de cal.
Alguns parâmetros a serem controlados numa evaporação stripping são:
· Dimensionamento da coluna de esgotamento/stripping
As dimensões principais das colunas são projetadas para a quantidade de condensado contaminado que a planta deve tratar. As colunas não operam com a eficiência desejada caso trabalhe acima ou abaixo dessa faixa de vazão de alimentação.
· Consumo de vapor vivo na coluna
O controle da vazão de vapor vivo tem grande impacto na eficiência do equipamento stripper e no custo operacional da planta, valor que pode ser minimizado por meio da integração térmica do processo.
· Número de colunas stripper
Mediante o processo, pode fazer-se necessário o uso de mais uma coluna stripper, juntamente com outros equipamentos, no intuito de criar um sistema de purificação do condensado contaminado. Esse número deve visar um custo benefício, analisando o processo de forma econômica e energética.
O gráfico 1 exemplifica a eficiência de remoção do metanol do condensado contaminado variando a vazão de vapor de alimentação de uma coluna de evaporação stripping.
Gráfico 1: Eficiência de remoção do metanol do condensado contaminado variando a vazão de vapor de alimentação de uma coluna de evaporação stripping.
19.10. EXTRAÇÃO PARA SECAGEM DA POLPA
O papel produzido de pasta de celulose pode ser reciclado de quatro até sete vezes, o limite é imposto pelo comprimento das fibras, que vão se tornando cada vez menores cada vez que são reprocessadas.
As polpas químicas são produzidas mesclando-se madeira triturada previamente com produtos químicos em grandes recipientes chamados digestores. O efeito do calor e as substâncias químicas dissolvem a lignina, que mantem unidas as fibras de celulose, mas sem quebrar as fibras da madeira. O líquido resultante contem lignina e o resto das substâncias químicas usadas e geralmente é aproveitado como combustível em caldeiras de recuperação. O processo mais utilizado para a produção de polpas químicas é o Kraft, que está ilustrado na próxima figura:
Figura X – Etapas do processo Kraft para a produção de papel e celulose
Este processo tem como etapas:
· Recepção da madeira: Chegando na fábrica, a madeira é levada ao picador, onde elas são descascadas, e vão ser transformadas em cavacos (pequenos pedaços de madeira). Esses cavacos já têm suas dimensões definidas e serão processados pelos digestores.
· Processo de polpação (cozimento no digestor): Nessa etapa, os cavacos são introduzidos aos digestores e são adicionados os reagentes hidróxido de sódio (NAOH) e sulfeto de sódio (NA2S), para que a polpação se inicie. Um processo químico, que consiste em reações químicas em cavacos de madeira, fazendo com que a lignina seja dissolvida e a celulose liberada como uma massa marrom.
· Branqueamento: A polpa de celulose, extraída e limpa, vai para a etapa de branqueamento. Essa é mais uma etapa química, onde são adicionados peróxido de hidrogênio, dióxido de cloro, oxigênio e hidróxido de sódio, visando melhorar as propriedades da celulose.
· O objetivo do branqueamento é tratar a celulose para que ela seja mais alva, limpa e pura. Esse processo depende muito do cozimento, pois, quanto menor a quantidade de lignina, menor será a necessidade dos reagentes de branqueamento.
O processo de fabricação do Papel ou Papelão, após a celulose pronta, pode variar muito de empresa para empresa, mas, as macros operações básicas são: Preparação da massa, purificação, refino e finalização na máquina de papel. A Máquina de Papel é a principal etapa de recomposição do produto final, onde a massa é bombeada para tanques de armazenamento e volta a ser diluída com água até uma viscosidade similar à de leite ralo (~98% de umidade), eventualmente irá receber seus aditivos finais: amido, cargas minerais para dar brilho entre outros. Daí em diante, é dispersada uniformemente sobre a máquina, que parece com uma extensa série de esteiras rolantes e composta por diversas seções, como:
1. Caixa de Entrada:
Ela é responsável por injetar a massa homogeneamente sobre a mesa
2. Primeira Esteira:
Esta esteira de tela grossa é por onde a água escoa em queda livre (toda água escoada cai em uma bandeja inferior que é reutilizada), sendo que durante essa fase a massa vai a um teor de 12 a 20% de sólidos.
As bordas irregulares da folha são aparadas com jatos d’água a alta pressão, onde é percebida a grande quantidade de água utilizada na produção do papel.
3. Segunda Seção:
Em que a tela passa por vocais a vácuo e ainda outra, de tela mais fina e rolos pressores, que progressivamente vão secando mais a massa, que aí atinge 50% de umidade
4. Seção de Secagem
Esta seção também é conhecida como “secaria”, em que a aplicação de vapor sob pressão no interior dos cilindros de secagem leva a massa até seu teor de umidade final de 5%, formando-se a folha de papel “seca”.
19.10.
19.10.1. Controle Extração para secagem da polpa
Figura 01: Efluente líquidos em uma fábrica de celulose e papel
Figura 89: Solidos suspensos DBO e AOX de efluentes líquidos setoriais na produção de papel e celulose.
Figura 90: Tipos filtrados em branqueamentos convencionais.
Figura 91: Fluxograma do processo de produção de polpa.
Figura 92: Tratamento da polpa de papel e celulose.
19.11. LAVAGEM DA POLPA
O processo de lavagem é, segundo Rogers et al. (1996),a operação fabril onde uma mistura heterogênea de um fluído (licor) e partículas de sólidos (fibras ou polpa) são separadas por meio filtrante que permite a passagem do fluído, mas retém as partículas de sólidos.
Boa parte da rentabilidade dos processos químicos alcalinos de fabricação da polpa celulósica está na recuperação do máximo de produtos químicos (sais de sódio: sulfato, carbonato e hidróxido) utilizados no cozimento, bem como no aproveitamento do poder calorífico do material orgânico dissolvido da madeira, na geração de vapor e energia. O material dissolvido que vai com a polpa para o estágio de deslignificação e/ou branqueamento pode prejudicar a deslignificação ou o branqueamento e, ainda, aumentar o consumo de reagentes químicos no branqueamento, com baixa alvura da polpa final ou baixa resistência desta.
Atualmente, as técnicas de lavagem são baseadas na necessidade do fechamento do circuito, a fim de minimizar encargos e problemas com o tratamento de efluentes. A separação de mistura heterogênea é feita através de um meio filtrante, que permite a passagem do fluido, mas retém as partículas de sólidos.
Destacam-se as lavagens após os processos de cozimento, depuração, pré-branqueamento com oxigênio e cada estágio de branqueamento.
No processo de cozimento, após a descarga do digestor a polpa é lavada com licor, com o objetivo de remover a lignina que já está separada da fibra de celulose. Este processo reduz a necessidade de químicos no branqueamento.
Na etapa de lavagem e pré-branqueamento, a polpa de celulose é pré-branqueada com oxigênio e a lavagem tem a função e remover o residual de químicos para próxima etapa.
No processo de branqueamento, em cada estágio desta etapa, a polpa de celulose é branqueada com químicos e entre um estágio e outro a polpa é lavada para remover o residual de químicos que ficou na polpa de celulose.
19.11.
19.11.1. Carta de Controle Processo de Lavagem da Polpa
Para o processo de fabricação de celulose é imprescindível que se tenha um volume significativo de água com padrões de qualidade específicos para o processo. Atualmente as empresas fabricantes de equipamentos específicos para a fabricação de celulose têm focado na redução do consumo de água, através de investimentos na tecnologia destes equipamentos.
Neste processo produtivo, diversos pontos são fonte de consumo de água industrial, e dentre eles se destaca a área de branqueamento de celulose pelo alto consumo de água em seus processos de lavagem da polpa.
Figura 93: Controle de Temperatura no Processo de Lavagem da Polpa
Na indústria de celulose, o consumo de água varia muito de fábrica para fábrica. Este consumo pode oscilar entre 15 a 100 m3 /t. Valores superiores a 50 m3 /t normalmente incluem a água de refrigeração.
Figura 94: Carta de Controle de Nível de água utilizado no processo de Lavagem da Polpa
O consumo de água pode ser reduzido aumentando-se a recirculação interna, utilizando-se equipamentos de lavagem mais eficientes, reciclando filtrados alcalinos, purificando e reutilizando os condensados, entre outros.
Segundo PIOTTO (2003), o volume de água utilizado tem relação direta com a geração/emissão de efluentes, entretanto o potencial poluidor é dependente da operação da fábrica e do grau de fechamento de circuitos.
19.12. LAVAGEM DA POLPA MARROM
Na maioria dos processos de polpa e papel, se requer algum tipo de classificação de polpa com objetivo de separar as boas fibras das partículas superdimensionadas e das não desejadas.
Durante o processo de preparação dos materiais fibrosos e da fabricação de celulose e papel, muitos materiais indesejáveis são introduzidos no sistema ou vem com a matéria prima e devem ser retirados, Buscando a retirada dos materiais indesejáveis do sistema, é necessário conhecer os tipos e as características desses materiais em circulação. Os equipamentos disponíveis para separar os materiais “desejáveis” dos “não desejáveis”, assim como seus princípios de operação, devem ser conhecidos e entendidos.
Sabe-se que as necessidades de depuração diferem conforme a finalidade de aplicação da polpa. Se for utilizada para a fabricação de papel marrom (kraftliner) para presentes podem ser toleradas, todavia se essa polpa for utilizada para produção de papéis brancos, as especificações tornam-se mais rígidas.
19.12.
19.12.1. Classificação de resíduos
Observa-se que os materiais indesejáveis podem ser de duas naturezas: não fibrosos e fibrosos.
Nota-se que os materiais ditos não fibrosos podem ser de dois tipos básicos: não metálicos (sujeiras, pedras, vidros, abrasivos, plásticos, elásticos, cascas argamassa de tanques, azulejos, etc…) ou metálicos (porcas, parafusos, grampos, ferrugens de encanamento, etc…).
Classificam-se como materiais fibrosos aqueles resultantes de um incompleto cozimento ou de um desfibramento, mas que consistem muitas vezes de fibras boas e utilizáveis, dentre eles podemos citar:
· feixe de fibras (bundles);
· nós(definem-se como partículas de madeira não cozidas, retidas em uma malha com perfurações de 9mm. Os nós são de ordem de magnitude maior que os shives e muito mais rígido, devido a esse fato devem ser removidos o mais rápido possível do processo);
· palitos ou shives (são feixes de fibra os quais não foram bem separados durante o processo de cozimentos ou ação mecânica. Definem-se como as partículas de fibras de tamanho médio, em torno de 1 a 3 mm de comprimento e 0,10 a 0,15 mm de largura.
Os shives oriundos de folhosas tendem a ter um comprimento em torno de 1,5 mm. A presença desses elementos afeta a resistência físico-mecânica e as propriedades superficiais dos papéis. A tabela 1 mostra níveis de presença de shives junto a alguns tipos de papéis);
· minishives (são aquelas partículas fibrosas com dimensões de 0,08 a 0,10 mm de largura);
· fragmentos de vasos (definem-se como elementos cúbicos ou de configuração irregular, que normalmente incidem mais em polpas provenientes de folhosas);
· fiapos Lint (são partículas menores que 1,0 - 1,5 mm de comprimento e possuem uma superfície rugosa e flexibilidade limitada);
· chop (são partículas de impurezas de formato cúbico usualmente com comprimentos de 0,25 a 1,0 mm).
19.12.2. Principais tipos de resíduos
Pasta Mecânica:
· lascas (no caso de polpa SFW ou PGW);
· palitos (shives);
· palitos pequenos (minishives);
· resíduos cúbicos (chop);
· resíduos (debris);
· grãos de areia e rebolo;
· diversos tipos de impurezas.
Pasta Química:
· nós;
· grumos de fibras não cozidas (bundles);
· palitos (shives), pequenos grumos;
· pedaços de casca;
· diversos tipo de impurezas;
· pedras;
· areia;
· plástico;
· metal.
A presença de impurezas na polpa conduz a problema tais como:
· A presença de areia causa desgaste nos equipamentos, bombas, tubulações, etc.;
· causam manchas no produto final (celulose branqueada) e compromete sua qualidade;
· causam quebras na parte úmida da máquina de celulose.
19.12.3. Objetivo
Podemos dizer então que o objetivo básico da depuração é separar o fluxo de polpa em duas correntes. Idealmente todo o material indesejável estará em outra corrente denominada rejeitos e similarmente todo o material desejável estará em uma outra corrente denominada aceite.
Os objetivos reais que se buscam são tais que o fluxo de rejeitos deverá conter a maior parte dos materiais indesejáveis, enquanto o fluxo de aceites deverá conter a mínima parte de materiais indesejáveis.
19.12.4. Classificação da depuração
A depuração, quanto à seletividade, pode ser classificada em:
· depuração grossa (coarse stage): visa separar os nós e materiais pesados (pedras, pedaços de metais, etc.);
· depuração fina (fine stage): tem como objetivo separar palitos (shives), frações leves tais como fragmentos de cascas e eventualmente frações pesadas tais como areia, etc. Após separação, as fibras boas são enviadas para as etapas seguintes do processo de fabricação de celulose: deslignificação com oxigênio, branqueamento ou processo desecagem de celulose;
· depuração de máquina ou antes da máquina de celulose (post stage): visa remover pequenas partículas de impureza, tais como: casca, areia e frações leves como o ar.
19.12.5. Dicas:
· fazendo a depuração após lavagem, possibilita a proteção dos equipamentos subsequentes e também a integridade do produto final;
· durante a remoção das partículas indesejáveis, deve-se buscar o mínimo arraste de fibras boas com a sujeira (rejeitos);
· o processo de depuração deve ser seletivo, evitando a fragmentação da sujeira em partículas pequenas e mais leves, de difícil separação;
· depurando antes da lavagem (retira-se cavacos crus e nós), melhora a eficiência da lavagem;
· se depurar após a lavagem, retira-se-á shives, sujeiras e outros componentes;
· depuram-se as fibras curtas mais facilmente logo as folhosas (eucalipto) são mais fáceis de depurar que as coníferas (pinus). Portanto as fibras longas requerem maior capacidade de depuração que as curtas. Similarmente as polpas mecânicas são depuradas mais facilmente que as químicas.
Tabela 27: Presença de shives em alguns papéis
NÍVEIS DE PRESENÇA DE SHIVES JUNTO A ALGUNS TIPOS DE PAPÉIS
% DE MATERIAL RETIDO
TAMANHO DA FENDA (mm)
Base para Lineboard
0,5 - 1,5
0,25
Top Lineboard
0,3 - 1,0
0,25
Sacos Embalagens
0,1 - 0,7
0,25
Polpa de Mercado Branqueada
0 - 0,05
0,15
Papel Revestido
0 - 0,01
0,15
Fonte: HOOPER,1983,p.319
19.12.6. Tratamento de rejeitos
· downgrading (entende-se como uso do rejeito para produção de um produto menos nobre);
· aterro sanitário;
· recozimento (isso é mais aplicado para o caso dos nós ou cavacos cruz);
· refinação ou desfibramento.
19.13. OXIDAÇÃO DE LICOR BRANCO
A lama de cal e o dregs são dois resíduos utilizados como corretivos da acidez do solo. Ambos são derivados do processo de separação da celulose, que é extraída da madeira por meio de ataque alcalino. Neste processo, são utilizados reagentes oxidantes e alcalinos que compõem o chamado licor branco (NaOH + Na2S-)7. Da reação do licor branco com a madeira originam-se dois subprodutos: a polpa celulósica e o licor negro. Este último, após ser evaporado a teor de sólidos, é queimado na caldeira de recuperação, resultando em um fundido, que logo após a dissolução com o licor branco fraco proveniente da lavagem da lama de cal, forma o chamado licor verde (Na2CO3 + Na2SO4 + Na2S + Fe(OH)2)7. Da caustificação do licor verde, ou seja, após a adição de óxido de cálcio (CaO), é extraída a lama de cal, um resíduo de coloração branca formado predominantemente por carbonato de cálcio (CaCO3). O dregs, por sua vez, possui cor acinzentada e é removido durante a clarificação do licor verde, ou seja, por ocasião da remoção de impurezas (carbono, partículas de lama, hidróxidos e sulfetos de metais, além de outros elementos).
Os valores de neutralização (VN) destes resíduos são proporcionais aos teores de óxidos, hidróxidos e carbonatos associados quimicamente a elementos como o Ca e o Na. Estes valores podem variar de 40 a 70% para a lama de cal e é de aproximadamente 40% para o licor verde. O VN é a capacidade neutralizante do corretivo de acidez do solo, índice que faz parte do Poder Relativo de Neutralização Total (PRNT)10. O PRNT também considera o grau de moagem do corretivo (ER), sendo ambos expressos em percentagem de equivalência ao carbonato de cálcio (CaCO3) puro, que é de 100%.
Sua fórmula é descrita da seguinte maneira:
PRNT (%) = (VN x ER)/100
Em estudos realizados com o licor verde gerado em outros países, verifica-se a existência de alguns elementos essenciais às plantas, como cálcio, magnésio, potássio, cobre e zinco, além de atributos importantes, como o valor de neutralização. No entanto, as informações existentes sobre a composição química do dregs produzido nas indústrias brasileiras se referem a trabalhos realizados na década de 80.
O dregs é um resíduo de origem industrial e, como tal, pode ser uma fonte de metais pesados, trazendo grande preocupação quanto a sua utilização na adubação de plantas empregadas diretamente na alimentação humana, assim como na contaminação dos lençóis freáticos. A maior ou menor mobilidade desses metais no solo vai depender de várias características intrínsecas do solo, principalmente o pH e o número de sítios de adsorção. Além disso, mesmo em quantidades-traço, alguns destes elementos são muito tóxicos, podendo aumentar este efeito na medida em que vão sendo incorporados ao solo.
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19.13.1. Carta de Controle
Em condições normais o oxigênio é um agente oxidante fraco, sendo necessário incrementar seu poder de reação por meio do acréscimo da temperatura ou através de promover um substrato reativo, que para o caso do branqueamento de polpas celulósicas com oxigênio, se dá em meio alcalino (MCDONOUGH, 1996). Os tipos de fonte de carga alcalina que podem ser utilizados durante o processo de deslignificação com oxigênio são: hidróxido de sódio, licor branco parcialmente oxidado e/ou licor branco totalmente oxidado (VENTORIM, 2004).
Figura 95: Comportamento do pH em função do tempo e temperatura na deslignificação com oxigênio (ASGARI; ARGYROPOULOS, 1998).
De acordo com Gevert e Lohmander (1997) o licor branco oxidado tem sido utilizado como fonte de álcali para a deslignificação com oxigênio há anos, sendo o balanço químico da fábrica mantido quando o licor residual do branqueamento é destinado ao sistema de recuperação química.
Figura 96: Fluxograma representativo do ciclo Kraft de recuperação química.
A utilização de ácido residual no estágio de deslignificação com oxigênio permite um ganho de sulfidez para a fábrica uma vez que o efluente gerado neste estágio é passível de ser direcionado à queima junto à caldeira de recuperação química.
Tabela 28: Caracterização do licor branco oxidado já contendo ácido residual quanto aos álcalis e metais presentes em sua composição:
Para cada branqueamento as polpas foram homogeneizadas de acordo com a consistência e juntamente com os químicos em sacos de polietileno e em seguida adicionadas a cada uma das cápsulas do reator, onde foram progressivamente aquecidas até o patamar desejado, e somente atingido este patamar o gás oxigênio foi injetado e o tempo de reação iniciado.
Tabela 29: Condições de deslignificação de acordo com as quantidades de NaOH e LBO empregadas:
Figura 97: Representação da neutralização de ácido residual e sua posterior aplicação:
Figura 98: Comportamento do peróxido de hidrogênio diante do meio reacional ao longo do tempo (95°C)
Figura 99: Resultados de número kappa e viscosidade para as diferentes quantidades de ácido residual (advindo da planta química de dióxido de cloro) empregadas à temperatura de 95°C.
Figura 100: Resultados obtidos para alvura das pré-O2 feitas a 95°C, variando-se a quantidade de ácido residual (advindo da planta química de dióxido de cloro) empregada.
Figura 101: Resultados obtidos para seletividade e eficiência das pré-O2 feitas a 95°C, variando-se a quantidade de ácido residual (advindo da planta química de dióxido de cloro) empregada.
19.14. PÁTIO DA MADEIRA
Em sua maior parte, a geração de resíduos na indústria de papel apresenta alto teor matéria orgânica, para o pátio de madeira os principais resíduos gerados são:
· Casca sujas;
· Serragem
19.13.
19.14.
19.14.1. Cartas de controle do pátio de madeira
Segundo GONÇALVES, et al, O controle do pátio de madeira acontece através de Indicadores Pertinentes ao Processo Industrial, dentre esses estão:
1. Densidade básica da madeira consumida.
A principal vantagem do controle da densidade básica é a maior estabilidade ao processo, favorecida pela homogeneidade da matéria-prima.
Figura 102: Exemplo de controle da densidade básica.
2. Média de consumo em função de tempo pós corteversus idade.
O controle dessas variáveis é de suma importância ao processo produtivo, pois o tempo pós corte tem influência direta no teor de umidade da madeira.
Figura 103: Exemplo de controle de relação tempo pós corte e idade da madeira.
3. Consumo de madeira por classe de densidade.
Neste item, o sistema permite visualizar os percentuais de cada classe de madeira entregue nos picadores e, portanto, ao processo produtivo, ou seja, é possível entender qual classe está apresentando maior influência no mix de densidade. Na Eldorado Brasil, as classes de densidade são definidas como segue: Classe A: <470 (kg/m³) Classe B: 470 a 510 (kg/m³) Classe C: >510 (kg/m³).
Figura 104: Exemplo de controle de consumo de madeira por classe de densidade.
4. Consumo de madeira na fábrica.
Neste indicador, é possível acompanhar qual volume de madeira foi convertido em cavacos pelos picadores.
5. Entrada diária de madeira.
Este gráfico objetiva medir o desempenho do Transporte de Madeira no mês em curso ou em períodos diversos, segundo necessidades do usuário
6. Transporte rodoviário versus DMT.
Outro item passível de acompanhamento em tempo real é a correlação entre volume entregue na fábrica e distância média de transporte (DMT), em que é possível medir o impacto que essa distância causa no fator produtividade.
7. Número diário de caminhões recebidos.
Figura 105: Exemplo de controle de consumo de madeira no preparo de cavacos.
Figura 106: Exemplo de controle de volume de madeira recebido na fábrica.
8. Tempo médio de pátio.
Para melhor desempenho do transporte de madeira, um ponto de grande contribuição é o Tempo Médio de Pátio, ou seja, o acompanhamento da trajetória de cada caminhão na fábrica.
Figura 107: Exemplo de controle de correlação volume versus DMT.
Figura 108: Exemplo de controle de número diário de caminhões recebidos
Figura 109: Exemplo de controle de taxa de chegada de caminhões/hora.
Figura 110: Exemplo de controle de tempo médio de pátio.
Figura 111: Exemplo de controle de estoque de madeira na fábrica.
Figura 112: Exemplo de controle de correlação transporte, consumo e estoque de madeira.
9. Estoque de fábrica.
Mediante esse indicador é possível acompanhar o estoque da fábrica em tempo real, bem como sua estabilidade ou variação no decorrer do mês ou de períodos diversos. É também possível verificar o desvio em relação ao projetado para cada período estabelecido.
10. Relação consumo versus transporte versus estoque.
Neste item, o sistema permite visualizar simultaneamente a relação entre consumo de madeira da fábrica, volume transportado e estoque de madeira no pátio, podendo, assim, traçar as tendências e facilitar a decisão sobre a necessidade de se empregar mais recursos em determinada área.
11. Percentagem do consumo diário de madeira nas mesas.
O acompanhamento deste item é extremamente importante para gestão do pátio de madeira, pois quanto menor a movimentação do estoque, automaticamente menores serão os custos com máquinas e equipamentos utilizados para esse.
Figura 113: Exemplo de controle da percentagem de picagem direta.
19.15. ARMAZENAMENTO DOS PRODUTOS QUÍMICOS DO BRANCO
Atualmente, as indústrias de papel e celulose vêm sendo obrigadas a cumprir absolutamente todos os requisitos da legislação ambiental, realizando mudanças adaptáveis aos seus processos de produção. Mieli (2007) mostra que para o tratamento de efluentes líquidos são necessárias quatro etapas:
I. Tratamento preliminar: consiste no resfriamento do efluente e remoção dos sólidos grosseiros.
II. Tratamento primário: remoção de sólidos suspensos (basicamente fibras de celulose, aditivos e materiais oriundos do revestimento de papéis) através de decantação ou flotação.
III. Tratamento secundária biológico: objetiva a redução da demanda bioquímica de oxigênio (DBO). Compreende lagoas de estabilização, lagoas aeradas, lodos ativados e filtros biológicos.
IV. Tratamento terciário: processo também conhecido como polimento, efetua remocões adicionais de contaminantes de águas residuárias. Pode fazer uso de: remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DQO) por filtração; eliminação de bactérias por cloração ou ozonização; absorção por carvão ativado; e absorção com pasta de cal.
No que se refere as emissões de poluentes atmosféricos, as medidas de proteção e redução comprendem: recuperação, recirculação, combustão, processos químicos alternativos, lavagem, filtragem e absorção de gases em sistemas auxiliares. No caso dos resíduos sólidos é necessário possuir mecanismos de separação dos resíduos por tipo, permitindo o tratamento e, quando possível, a reciclagem e a reutilização (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB, 2008). [7]
Além disso, sistemas de reaproveitamento energético e aterros controlados para deposição de resíduos também são requeridos. A poluição sonora pode ser combatida realizando apenas durante o dia as tarefas intermitentes que causam maior ruído (como é o caso do corte da madeira, do tráfego de veículos pesados e uso de máquinas transportadoras), destinar salas/espaços munidos de materiais de absorção acústica para instalação de equipamentos ruidosos e sempre usar dispositivos silenciadores para dar saída ao vapor das caldeiras. [7]
O branqueamento pode ser definido como um tratamento físico-químico, que tem por objetivo melhorar as propriedades da pasta celulósica. Algumas propriedades relacionadas com este processo são: alvura, limpeza e pureza química. Os parâmetros usuais que medem a eficiência do branqueamento são as propriedades ópticas da pasta (alvura, brancura, opacidade e estabilidade de alvura), relacionadas com a absorção ou reflexão da luz. As sequências de branqueamento variam em função da disponibilidade de produtos alvejantes e do grau de alvura desejado, podendo variar de simples sequências como a convencional CEH até sequências mais complexas como CEHDED.
Figura 114: Estágios do Branqueamento e produtos químicos utilizados.
Cada estágio de branqueamento é conduzido em torres apropriadas, seguido de uma operação de lavagem. O monitoramento do número Kappa durante os diversos estágios de branqueamento revela uma pasta de celulose contendo teores decrescentes de lignina, consequentemente, pasta de celulose cada vez mais purificada. [6]
É importante mencionar que até pouco tempo o cloro era o agente alvejante mais empregado industrialmente. Bom oxidante o cloro gasoso era introduzido diretamente nos vasos, conferindo elevados índices de alvura do material. Entretanto o aumento das pressões ambientais tem ocasionado uma redução do consumo do cloro como agente de branqueamento e o aumento do consumo de outros alvejantes.
Tabela 30: Demanda Mundial de Agentes de Branqueamento (mil ton)
O problema das sequências com alto índice de cloro é a quantidade de compostos organoclorados liberados para o meio ambiente. Esses compostos são agrupados pela sigla AOX (Adsorvable Organic Halogen-Agrupa compostos halogenados não hidrofóbicos mais solúveis em H2O do que em solventes orgânicos e que tem a tendência de serem adsorvidos em substâncias sólidas). Para se ter uma idéia da quantidade de organoclorados liberados durante a etapa de branqueamento, sabe-se que, por exemplo, numa sequência CEHH ocorre liberação de 3 a 5 Kg de AOX por tonelada de polpa processada. Desta forma, para a obtenção de 50 milhões de toneladas de pasta de celulose são liberadas 250 mil toneladas de cloro ligados organicamente, perfazendo mais de 200 compostos identificados, até o momento. Na escala das pressões ambientais, primeiro houve eliminação do cloro livre ou elementar, sendo adotado sequências (ECF) e depois a exigência da eliminação total do cloro (TCF).
A redução de consumo do cloro como agente alvejante, observada nos últimos cinco anos, tende continuar, na medida, que outras soluções vêm sendo consideradas, como por exemplo, o uso de enzimas que