Modelagem em CFD de uma caixa de entrada de papel cartão para indústria de celulose e papel

Abstract

Resumo: O estudo de processos industriais através da fluidodinâmica computacional (CFD) vem ganhando destaque nos últimos anos pois tem a capacidade de representar fenômenos reais com uma maior rapidez e economia. O presente trabalho apresentará o estudo da fluidodinâmica no interior de uma caixa de entrada, equipamento que compõe a máquina de papel utilizada na produção de papel cartão, localizada na unidade Monte Alegre, da empresa KLABIN. A caixa de entrada é um dos principais equipamentos da máquina de papel pois é a responsável pela formação da folha. Saber como a suspensão de fibras se comporta em seu interior é extremamente importante para garantir a formação de uma folha com mais qualidade. Existem vários modelos de caixas de entrada, diferenciadas principalmente pela geometria em seu interior e seus acessórios. Ter uma geometria capaz de representar as principais características do equipamento é a primeira etapa para conseguir estudar melhorias que otimizem o processo, este estudo se destaca pela preocupação em propor uma geometria capaz de representar os principais componentes contidos caixa de entrada em estudo, com o objetivo de ser usado como base para futuros estudos de otimização do equipamento. Pela falta de dados reológicos da suspensão de fibras, utilizou-se a água (fluido que compõe em média 98% da suspensão) para estudar a fluidodinâmica no interior da caixa de entrada. O software ANSYS Fluent foi utilizado para criar a geometria, confeccionar a malha, bem como fazer os cálculos numéricos e gerar resultados. Os resultados obtidos foram comparados com os trabalhos encontrados na literatura e com os dados reais fornecidos pela KLABIN e, apesar das simplificações adotadas, foi possível obter perfis de velocidade e pressão coerentes com os encontrados na literatura e velocidade de saída do jato e pressão interna similares as encontras na caixa de entrada da MP9, portanto, é possível afirmar que o modelo tem boa representatividade. Palavras-chave: Caixa de entrada. Fluidodinâmica computacional. Máquina de papel.

Abstract: The study of industrial processes through computational fluid dynamics (CFD) has been gaining prominence in recent years as it has the ability to represent real phenomena with greater speed and economy. This work will present the study of fluid dynamics inside a headbox, equipment that makes up the paper machine used in the production of cardboard, located at the Monte Alegre unit, of the company KLABIN. The headbox is one of the main equipment of the paper machine because it is responsible for forming the sheet. Knowing how the fiber suspension behaves inside it is extremely important to guarantee the formation of a sheet with more quality. There are several models of headboxes, differentiated mainly by the geometry inside and their accessories. Having a geometry capable of representing the main characteristics of the equipment is the first step to be able to study improvements that optimize the process, this study stands out for its concern in proposing a geometry capable of representing the main components contained in the study headbox with the objective to be used as a basis for future equipment optimization studies. Due to the lack of rheological data on the fiber suspension, water (fluid that makes up an average of 98% of the suspension) was used to study the fluid dynamics inside the headbox. The ANSYS Fluent software was used to create the geometry, make the mesh, as well as make the numerical calculations and generate results. The results obtained were compared with the works found in the literature and with the real data provided by KLABIN and, despite the simplifications adopted, it was possible to obtain speed and pressure profiles coherent with those found in the literature and similar jet output speed and internal pressure you find them in the MP-9's headbox, so it is possible to say that the model has good representativeness. Keywords: Headbox. Computational fluid dynamic. Paper machine.