Boletim técnico papel e celulose

Refratometria:
   A refração ocorre quando um feixe de luz, incidindo obliquamente, muda de direção quando passa de um meio, por exemplo, gasoso para líquido e apresenta velocidade da luz diferente. O desvio que a luz sofre quando passa de um meio para outro, depende da velocidade da luz. A grandeza física que relaciona as velocidades nos dois meios é o índice de refração (n21), que é definido como o sendo a razão entre a velocidade da luz no primeiro meio (v1) e a velocidade da luz no segundo meio (v2).
n21 = v1/v2
   O princípio do refratômetro consiste em incidir um feixe de luz sobre um prisma. Parte da luz incidente mede o ângulo crítico, o ângulo de incidência maior que o ângulo critico é refratado, e o ângulo de incidência menor que o ângulo critico é refletido no CCD (charge coupled device), resultando no índice de refração.

Figura 1. O cano verde parece distorcer no líquido 
   No cotidiano, por exemplo, podemos observar que um canudinho tem sua forma aparentemente distorcida quando inserido em um copo de água. O canudinho não está na verdade distorcido, mas o vemos assim porque a luz que está passando pelo ar muda de direção quando passa pela água.   Cada material possui um índice de refração próprio, dependendo de sua composição molecular, pressão e temperatura às quais está exposto. A água no estado líquido tem um índice de refração diferente de quando está no estado sólido (gelo) ou no gasoso (vapor).
   O índice de refração é uma propriedade física importante de substâncias sólidas, líquidas e gases. A medida de índice de refração pode ser usada para determinar a concentração de uma solução, pois o índice de refração varia com a concentração.
   Em geral, quando a densidade de um meio aumenta, o seu índice de refração também aumenta. Como variações de temperatura e pressão alteram a densidade, conclui-se que essas alterações também alteram o índice de refração. No caso dos sólidos, essa alteração é pequena, mas para os líquidos, as variações de temperatura são importantes, e no caso dos gases tanto as variações de temperatura como as de pressão devem ser consideradas.

Importância do índice de refração nos produtos
  • Licor negro

   Licor negro é um subproduto do processo Kraft, um dos processos utilizados pelas fábricas de celulose durante a produção de pasta de papel. A madeira é decomposto em fibras de celulose, fragmentos de lignina e hemicelulose. O licor negro é uma solução aquosa de resíduos de lignina, hemicelulose, e os produtos químicos inorgânicos utilizados no processo e possui mais da metade do conteúdo energético da madeira introduzida no digestor. Para cada tonelada de polpa produzida tem-se de 9000 a 15000 litros de licor negro.
   O licor negro é um combustível renovável, portanto as empresas estão poluindo menos do que antes (através da reciclagem desse resíduo), e economizando dinheiro por meio da utilização do resíduo como combustível.
Figura 2. Processo de recuperação do licor negro
  
O licor negro é retirado da polpa em sistemas de lavagem da polpa marrom, tornando um licor negro fraco que é concentrado pela retirada da água por evaporação, resultando em um licor negro forte que é queimado na caldeira de recuperação. O calor gerado pela incineração do licor negro forte é usado para produzir vapor super aquecido que é utilizado na polpação, fabricação de papel e para produzir energia elétrica.
   A etapa de recuperação do licor negro pode ser melhor otimizada quando alimenta-se a caldeira de recuperação com o licor mais concentrado (> 75% de sólidos), haja visto a redução na emissão de gases poluentes e o aumento da eficiência e segurança do processo. Entretanto a altas concentrações de sólidos, este licor torna-se viscoso e pegajoso, incrustando-se nas paredes dos equipamentos, mesmo em temperaturas próximas a 100°C. Tal comportamento, decorrente das suas características de fluido pseudoplástico – tixotrópico limita a operação das unidades industriais à faixa de 72 a 75% de sólidos.

A Electron Machine Corp. e os Refratômetros
DSA E-SCAN
MPR E-SCAN
   A Electron Machine é uma empresa norte americana representada no Brasil pela Braseq para vendas e assistência técnica. A empresa é fabricante de refratômetros de bancada, modelo DSA E-Scan e de processo, MPR E-Scan. Esses equipamentos trabalham com princípio de medição do angulo crítico para medição de índice de refração e consequente correlação entre esse parâmetro e as unidades °Brix, % de sólidos, °Baumé, etc.
   Nesses equipamentos, a luz emitida pelo LED incide sobre a interface prisma-líquido através de uma série de ângulos. Os ângulos incidentes que forem totalmente refletidos sensibilizarão o CCD (matriz de diodos com 2592 pixels, que converte energia luminosa em energia elétrica), que enviará o sinal de 4 a 20mA ou de 0 a 10V. A sensibilização do CCD é proporcional à variável de processo.
   O tempo de resposta dos sistemas, de bancada e de processo, é igual a 250 mili-segundos possibilitando uma rápida atualização dos dados. Há indicação da leitura direta da variável a ser controlada além da temperatura de processo, além de alarmes.
   Para os equipamentos de bancada, a exatidão de leitura é igual a ± 0,000075 ou 0,05°Brix ou 0,1% de sólidos. Para os equipamentos de processo, a exatidão equivale a 1% da faixa de leitura.
   Para os equipamentos de processo, existem opções para conexão de válvula de isolamento que permite o bloqueio cabeça sensora sem a necessidade de parar o processo produtivo; controle automático para lavagem do prisma, calibração em múltiplas faixas de trabalho, instalação em tanques ou através de conexões sanitárias ou flangeadas.

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