Ultra-sons no fabrico de papel

Os ultra-sons de potência surgiram como uma tecnologia de processo versátil e energeticamente eficiente nas fábricas de papel modernas. Ao introduzir ondas ultra-sónicas de alta intensidade em sistemas líquidos ou de lamas, as fábricas podem aproveitar os efeitos da cavitação - formação e colapso de bolhas microscópicas – para melhorar a mistura, a transferência de massa, a modificação das fibras e a remoção de contaminantes. Uma vez que tanto a produção de fibra virgem como o processamento de papel reciclado enfrentam uma pressão crescente para reduzir a utilização de energia, o consumo de água e a procura de produtos químicos, a tecnologia ultra-sónica oferece um conjunto convincente de soluções em linha e prontas a serem adaptadas.

Ultra-sons no fabrico de papel

No fabrico de papel, os sistemas de ultra-sons são aplicados principalmente para melhorar a qualidade da pasta, o desempenho das fibras e a estabilidade do processo. Uma aplicação importante é a desgaseificação de suspensões de pasta. O ar arrastado no material pode causar marcas de água, estrias e defeitos de formação que reduzem diretamente a qualidade do papel. A desgaseificação por ultra-sons remove eficazmente os gases dissolvidos e arrastados das pastas de pasta de papel, estabilizando a parte húmida e ajudando a evitar defeitos visuais sem produtos químicos adicionais.
Outra aplicação importante é a melhoria da fibrilhação das fibras. O ultrassom de potência promove a fibrilação externa e interna das fibras de celulose ao gerar forças de cisalhamento localizadas intensas através da cavitação. Isso pode substituir ou melhorar parcialmente os estágios convencionais de batimento e refino. Em comparação com a refinação mecânica isolada, o tratamento por ultra-sons pode atingir um desenvolvimento de fibras semelhante ou melhorado, consumindo menos energia. É importante notar que a resistência das fibras é mantida e, em alguns casos, melhorada, porque os ultra-sons promovem uma fibrilhação controlada em vez de um corte excessivo das fibras. A energia ultra-sónica também pode ajudar as reacções químicas associadas à modificação da fibra, tais como processos oxidativos ou de branqueamento, melhorando a eficiência e a uniformidade da reação.

Os ultra-sons podem ainda apoiar a desintegração da pasta, quer durante a decomposição de aparas de madeira em pasta, quer durante a repolpagem de papel recuperado. A cavitação acelera a separação das fibras e afrouxa a ligação entre fibras, cargas, tintas e revestimentos, melhorando a eficiência da polpação e reduzindo o tempo de processamento.

Sonicação na parte húmida

As operações de fabrico de papel estão a reconhecer cada vez mais que as melhorias no desempenho da parte húmida são impulsionadas mais pela eficiência da utilização de químicos do que por dosagens mais elevadas de aditivos. Como resultado, a dispersão ultra-sónica está a ganhar atenção como uma tecnologia de processo avançada para a ativação e homogeneização controladas de aditivos para a parte húmida antes da adição de massa. O ultrassom de alta potência gera forças de cisalhamento induzidas por cavitação que desaglomeram as partículas e promovem a dispersão uniforme de polímeros, cargas e emulsões em fluxos de processo em linha. Esta dispersão melhorada conduz a interações químico-fibras mais previsíveis, a uma melhor retenção e formação de folhas, e a uma maior estabilidade do processo, ao mesmo tempo que reduz a procura global de químicos e o consumo de energia. Devido à sua escalabilidade linear e à disponibilidade de sistemas de sonicadores de nível industrial da Hielscher Ultrasonics, a dispersão ultra-sónica progrediu de estudos à escala laboratorial para a implementação à escala real como uma estratégia de otimização da extremidade húmida tecnicamente robusta e economicamente viável.

Leia mais sobre as vantagens da dispersão ultra-sónica na parte húmida das fábricas de papel!

Ultra-sons na reciclagem de papel

Em aplicações de reciclagem, o ultrassom de potência aborda alguns dos desafios mais persistentes no processamento de fibras recuperadas. Uma das principais utilizações é a limpeza de fibras e a remoção de contaminantes. A cavitação ultra-sónica ajuda a separar sujidade, óleos, tintas de impressão, corantes e resíduos de verniz das superfícies das fibras. Nas operações de destintagem, os ultra-sons aumentam o desprendimento e a dispersão das partículas de tinta, melhorando a eficiência da flotação ou da lavagem e permitindo níveis de brilho mais elevados com uma entrada de químicos reduzida.
Os ultra-sons também contribuem para a redução microbiana em sistemas de águas brancas. Ao romper mecanicamente as células microbianas e os biofilmes, o tratamento ultrassónico pode reduzir as cargas microbianas sem depender apenas de biocidas. Isto suporta loops de água de processo mais limpos e pode reduzir o odor, a formação de limo e os riscos de bioincrustação.
Outra aplicação importante relacionada com a reciclagem é a desidratação. A energia ultra-sónica pode melhorar as caraterísticas de drenagem das suspensões de fibras, modificando as redes de fibras e reduzindo a água ligada. A desidratação melhorada pode aumentar a eficiência da prensa e do fio, reduzindo a necessidade de energia térmica nas fases de secagem subsequentes.
 

Energia de sonicação vs tempo de drenagem (em minutos) para a preparação de nanopapéis (correspondente à amostra CNF(1)LA).
100 J/ml de energia de sonicação correspondem a 100 segundos de sonicação, etc.
(Estudo e imagem: ©Sethi et al., 2018)

Aplicações de processos adicionais

Para além do tratamento de fibras e de água, os ultra-sons de potência são utilizados para homogeneizar e dispersar pastas de papel e aditivos. A homogeneização por ultra-sons assegura uma distribuição uniforme de cargas, pigmentos, polímeros e aditivos funcionais, melhorando a eficiência química e a consistência do produto. Os ultra-sons também são aplicados em processos de pulverização e revestimento, em que os bicos de ultra-sons geram gotículas finas e uniformes para uma aplicação precisa de revestimentos, agentes de colagem ou camadas funcionais nas superfícies do papel.

Integração em linha e implementação industrial

Uma das principais vantagens da tecnologia ultra-sónica é que a maior parte das aplicações pode ser implementada em linha, permitindo que as fábricas adaptem os reactores ultra-sónicos aos circuitos de processo existentes sem grandes alterações. Os sistemas ultra-sónicos de fluxo contínuo podem ser escalonados linearmente e adaptados a consistências específicas, taxas de fluxo e objectivos de processo.
Com a seleção e integração adequadas do sistema, o ultrassom de potência torna-se uma ferramenta flexível de intensificação do processo e não um tratamento autónomo. Os fornecedores de equipamento, como a Hielscher Ultrasonics, apoiam as fábricas na seleção e configuração de sistemas de ultra-sons de nível industrial adaptados a desafios específicos de fabrico ou reciclagem de papel.

Melhorar a qualidade do papel e reduzir os custos

Desde melhorar o desenvolvimento e a dispersão das fibras até permitir uma reciclagem mais limpa e um funcionamento mais estável da parte húmida, os ultra-sons de potência oferecem uma vasta gama de aplicações nas fábricas de papel. A sua capacidade de melhorar os processos físicos e químicos, ao mesmo tempo que reduz o consumo de energia, água e produtos químicos, faz com que os ultra-sons sejam uma tecnologia cada vez mais atractiva, tanto para novas instalações como para adaptações. À medida que a sustentabilidade e a eficiência continuam a moldar a indústria do papel, o processamento ultrassónico posiciona-se como uma solução prática e escalável para a produção moderna de papel.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.