The electrical energy consumption in thermomechanical pulping (TMP) is very high, in the range of 2 – 3 MWh/adt depending on process solution and on the product quality specifications for the paper product. Both pulpwood and energy prices have increased rapidly for some time. Due to this, the main focus of the research and development is on ways to reduce the electrical energy consumption in wood chip refining. As a step towards a more energy and cost ‐ effective refining process, Holmen Paper AB has invested in a new mechanical pulping process at its Braviken mill. In this case the primary refining stage consists of high consistency (HC) double disc refiners ‐ RGP68DD (machines with two counter rotating discs). Earlier studies on the refining conditions, such as intensity and temperature, have indicated that it should be possible to improve the energy efficiency in double disc refining while maintaining the functional pulp properties such as tensile index. The main goal of this project was to improve the energy efficiency in double disc chip refining with 150 kWh/adt to corresponding pulp properties as measured on pulp samples after refiner. In order to further improve the basic understanding of what happens to the wood fibre material when changing the process conditions, the morphological and ultrastructural changes of fibres were also studied. This part of the research work was performed in cooperation with the research program; Collaborative Research on the Ultrastructure of Wood Fibres (CRUW). This licentiate project is a part of a large development project where different techniques to improve the energy efficiency has been evaluated by means of mill scale trials at the Holmen Paper Braviken Mill. The high consistency double disc chip refining part of the project was financed by The Swedish Knowledge Foundation, Metso Paper and Holmen Paper, in cooperation with FSCN (Fiber Science & Communication Network) at Mid Sweden University. The trials were made on one of the TMP lines at the Holmen Paper Braviken mill with Norway spruce as raw material. The influence of increased specific      refining energy on pulp properties were studied at different refining temperatures, refining intensity, pulp consistency and production rate. Results from these trials were later validated by means of long term trials. Intensity models and simulations for intensity changes by new segment design were made by Juha‐ Pekka Huhtanen from Tampere University of Technology, Finland. The results show that the specific energy consumption to same tensile index can be improved by means of increasing the refining pressure/temperature. The energy efficiency was improved by 80     ‐150 kWh/adt depending on load and the inlet‐ and housing pressure. The largest relative specific energy efficiency improvement was reached at low specific energy consumption levels. Similar fibre surface ultrastructure characteristics are gained by pulps with high pressure/temperature and low specific energy consumption compared to low pressure/temperature and high specific energy consumption pulps. High pressure/temperature and high specific energy consumption resulted in significantly increase in the delamination/internal fibrillation of pulp fibres. The surface ultrastructure of these fibres exhibited exposed S2 layer with long ribbontype fibrillation compared to pulps produced with lower temperature and lower specific energy consumption. When the refiner was operated at high pressure, the tensile index was preserved over the whole plate life. The specific light scattering coefficient increased with increasing pressure/temperature. A reason for this could be increased intensity caused by decreased plate gap. Increased intensity by means of refiner segment design changes resulted in large specific light scattering coefficient increase at similar tensile index, lower shives content, lower average fibre length and lower CSF at same specific energy consumption. The fresh steam consumption was reduced by the increased refiner ressure/temperature. / Den höga elenergiförbrukningen vid produktion av mekanisk massa har ställtkrav på mer forskning för att elenergieffektivisera raffineringsprocessen. Som ettsteg mot en mer energi‐ och kostnadseffektiv raffineringsprocess, har HolmenPaper AB investerat i en ny tillverkning av termomekanisk (TMP) massa vidBravikens pappersbruk. Dubbeldiskraffinörerna i den nya massalinjens primäraraffineringssteget studerades i detta projekt. Det finns goda indikationer på att enminskning av energiförbrukningen är möjlig genom att studerar och optimeraraffineringparametrar såsom intensitet och temperatur. Projektets huvudmål varatt energieffektivisera det primära dubbeldiskraffineringssteget med 150 kWh/adttill motsvarande massaegenskaper, så som dragstyrka, mätt på massa efterraffinör. Tillfälle gavs också till att studera morfologiska förändringar på fibrer föratt ytterligare förstå hur massa och fibrerna påverkas av dubbeldiskraffinering ochförändringar i raffineringssystemet.Detta licentiatprojekt är en del av ett större projekt där olika tekniker för attförbättra energieffektiviteten har utvärderats i industriell skala på Holmen PaperBravikens pappersbruk. Licentiatprojektet är finansierat av KK‐stiftelsen, MetsoPaper och Holmen Paper, i samarbete med Mittuniversitetet.Fullskaleförsök gjordes på en av TMP linjerna vid Bravikens pappersbruk, därgran används som råvara. Studien utfördes på dubbeldiskraffinörerna i detprimära raffineringssteget. Malkurvor, med ökande specifik raffineringsenergi,gjordes vid olika raffineringstemperaturer, intensitet, massakoncentration ochproduktion. Resultat som erhållits från malkurvorna bekräftades med längrestudier på raffinörerna. Intensitetsmodeller och simuleringar utfördes av Juha‐Pekka Huhtanen från Tampere University of Technology.De erhållna resultaten visar på att energiförbrukningen till ett visst dragindexkan minskas genom att öka raffineringstrycket/temperaturen. Medraffineringstryck menas inlopp och hustryck i raffinören. Energibesparingen är iintervallet 80‐150 kWh/adt. Den största förbättringen kan uppnås vid lågaenergiinsatser. Massor producerade med högt tryck och temperatur och lägrespecifik energiförbrukning uppvisar liknande ultrastrukturella ytegenskaper sommassor producerade med lågt tryck och temperatur och hög specifik energi. Högttryck och temperaturer med hög specifik energiinsats gav en signifikant förbättringav delaminering/intern fibrillering av massafibrer. Dessa fibrer uppvisadebildningar av långa band‐liknande fibriller från fibrernas S2 skikt, i jämförelse medmassor tillverkade med lägre tryck och temperatur och lägre specifik energi.5Om raffineringen genomförs vid högt tryck/temperatur bevaras dragindexunder hela segmentlivslängden.Den specifika ljusspridningskoefficienten påverkades positivt av ökat tryck ochtemperatur. En orsak till detta kan vara högre intensitet som orsakas av minskadmalspalt.Ökad intensitet genom förändrad segmentdesign leder till stora ökningar i denspecifika ljusspridningskoefficienten. Samtidigt uppnås samma dragindex, lägrespethalt, lägre genomsnittlig fiberlängd och CSF vid samma specifikaenergiförbrukning.Förbrukningen av färskångan sänktes vid tillämning av högre tryck ochtemperatur i raffinören.

Orientador: Sérgio Hugo Benez / Banca: Maria Helena Morais / Banca: Luiz Malcolm Mano De Mello / Banca: Rubens Siqueira / Banca: Suedemio de Lima Silva / Resumo: A adoção dos sistemas de manejo conservacionistas requer adaptações do solo e das culturas utilizadas, em função das variações edafoclimáticas encontradas nas regiões agrícolas, para que o processo se torne produtivo e viável. Diante deste contexto, foi desenvolvido o presente trabalho, no Município de Botucatu, SP, em Terra Roxa Estruturada ((NITOSSOLOS VERMELHOS - NV, EMBRAPA, 1999), durante o período de agosto de 1999 a maio de 2001. O objetivo foi avaliar a cultura da soja nos sistemas de manejo do solo: preparo convencional (uma gradagem pesada seguida de duas gradagens niveladoras); escarificação seguida de gradagem niveladora; escarificação; sistema de plantio direto com três épocas de dessecação da cobertura vegetal (30 e 10 dias antes da semeadura da soja e após a semeadura) empregando dois tipos de mecanismos sulcadores, disco duplo e haste sulcadora), para abertura do sulco de deposição de fertilizantes na semeadora-adubadora de plantio direto, em todos os sistemas de manejo do solo. Avaliou-se a densidade do solo, resistência do solo à penetração, cobertura vegetal, infestação de planta daninha, sulco de semeadura, emergência, nutrição, sistema radicular e produtividade da soja. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso com parcelas subdivididas em faixas, sendo seis tratamentos primários constituídos pelos preparos e dois secundários constituídos por mecanismos sulcadores, com quatro repetições. A deficiência hídrica, no inverno e na primavera, impediu a formação de cobertura vegetal por triticale (X triticossecale Wittmack) e milheto (Penisetum americanum (L.) Leeke), por isso, a vegetação espontânea foi utilizada como alternativa de cobertura vegetal...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: The adoption of the conservation management systems requires the soil adaptation and the crop utilized as a function of the edafoclimatic variations found in agricultural areas, so that the process becomes productive and viable. In the light of this, the present work was developed in Botucatu of State São Paulo, Brazil, from August 1999 to May 2001 in Ultisol. The aim was to appraise the soybean crop in the soil management systems: conventional tillage (one harrow plowing followed by two harrow leveling); chiseling followed by harrow leveling; chiseling, no-tillage system with three seasons of weed blanket dessication (30 and 10 days before soybean seeding and after the seeding). Two kinds of furrow openers mechanisms, double disc and chisel opener were combined for the furrow for fertilizer application in no-tillage seeders / planters, in all soil management system. The soil physical properties density and strength, crop blanket, weeds, seeding furrow, emergence, nutrition, root systems and soybean grain yield were evaluated. The experiment was made randomized block with subdivided plots in strips, with six primary treatments, two secondary and with four repetitions. During the winter and spring, the hydro deficiency did not allow the covering formation for por triticale (X triticossecale Wittmack) and milhet (Penisetum americanum (L.) Leeke), so using the spontaneous vegetation was the choice...(Complete abstract, click electronicaccess below). / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2002-05-14Bitstream added on 2014-06-13T20:02:25Z : No. of bitstreams: 1 grego_cr_dr_botfca.pdf: 900852 bytes, checksum: fb58b3a71dd18b88537b458253727507 (MD5) / A adoção dos sistemas de manejo conservacionistas requer adaptações do solo e das culturas utilizadas, em função das variações edafoclimáticas encontradas nas regiões agrícolas, para que o processo se torne produtivo e viável. Diante deste contexto, foi desenvolvido o presente trabalho, no Município de Botucatu, SP, em Terra Roxa Estruturada ((NITOSSOLOS VERMELHOS - NV, EMBRAPA, 1999), durante o período de agosto de 1999 a maio de 2001. O objetivo foi avaliar a cultura da soja nos sistemas de manejo do solo: preparo convencional (uma gradagem pesada seguida de duas gradagens niveladoras); escarificação seguida de gradagem niveladora; escarificação; sistema de plantio direto com três épocas de dessecação da cobertura vegetal (30 e 10 dias antes da semeadura da soja e após a semeadura) empregando dois tipos de mecanismos sulcadores, disco duplo e haste sulcadora), para abertura do sulco de deposição de fertilizantes na semeadora-adubadora de plantio direto, em todos os sistemas de manejo do solo. Avaliou-se a densidade do solo, resistência do solo à penetração, cobertura vegetal, infestação de planta daninha, sulco de semeadura, emergência, nutrição, sistema radicular e produtividade da soja. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso com parcelas subdivididas em faixas, sendo seis tratamentos primários constituídos pelos preparos e dois secundários constituídos por mecanismos sulcadores, com quatro repetições. A deficiência hídrica, no inverno e na primavera, impediu a formação de cobertura vegetal por triticale (X triticossecale Wittmack) e milheto (Penisetum americanum (L.) Leeke), por isso, a vegetação espontânea foi utilizada como alternativa de cobertura vegetal.... / The adoption of the conservation management systems requires the soil adaptation and the crop utilized as a function of the edafoclimatic variations found in agricultural areas, so that the process becomes productive and viable. In the light of this, the present work was developed in Botucatu of State São Paulo, Brazil, from August 1999 to May 2001 in Ultisol. The aim was to appraise the soybean crop in the soil management systems: conventional tillage (one harrow plowing followed by two harrow leveling); chiseling followed by harrow leveling; chiseling, no-tillage system with three seasons of weed blanket dessication (30 and 10 days before soybean seeding and after the seeding). Two kinds of furrow openers mechanisms, double disc and chisel opener were combined for the furrow for fertilizer application in no-tillage seeders / planters, in all soil management system. The soil physical properties density and strength, crop blanket, weeds, seeding furrow, emergence, nutrition, root systems and soybean grain yield were evaluated. The experiment was made randomized block with subdivided plots in strips, with six primary treatments, two secondary and with four repetitions. During the winter and spring, the hydro deficiency did not allow the covering formation for por triticale (X triticossecale Wittmack) and milhet (Penisetum americanum (L.) Leeke), so using the spontaneous vegetation was the choice...(Complete abstract, click electronicaccess below).

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The objective was to determine the effect of longitudinal distance between coulters and furrow openers about the operational performance of these associations working in different forward speeds, with regard to the energy requeriment and the amount of furrow, with the purpose of identifying the integration mechanism/regulation that presents the lowest energy consumption without compromising the quality of the furrow. This was carried out in an agricultural area located in the municipality of Santa Maria (Rio Grande do Sul), belonging to Universidade Federal de Santa Maria. The soil of the experimental area was classified as Ultisol and sandy. The experiment was composed of 24 combinations of treatments, in a factorial scheme of 2x3x4. These were composed by the interaction of the factors groove opening mechanisms (hoe furrow opener and mismatched double discs), longitudinal distance from center to center of coulter and furrowers (0,50,1,0 e 1,50 m) and forward speeds (1,11, 1,67, 2,22 e 2,78 m s-1). The variables responses of the performance of the mechanisms associations were obtained directly or indirectly, through the application of different methods by different tools. After the acquisition of the data, they were submitted to statistical analysis of variance and verified the significance of the factors through the F test. In addition, a mathematical analysis of the instantaneous rate of change, with the use of the differential calculus. The furrow, distance and velocity factors had a statistically significant influence on the primary performance variables resulting from instrumentation, except the distance factor on the slipping of the driving wheels. For the variables of soil mobilization, the furrow factor provided a significant change in all, while the distance factor significantly modified only the raised area and the maximum furrow depth. Already the velocity, interfered significantly in the latter and in the area of mobilized soil. In addition, in the secondary variables, the modification of the furrow and speed factors did not provide significant change only in the variable soil swelling, while the distance did not change the specific fuel consumption. The traction, the hourly consumption and the skating were higher for the configurations that employ the hoe furrow opener, present greater distance and work at higher speeds. The distance did not modify the mobilized area, the width and the depth of the furrow, and the reduction of this reduced the elevated area. The use of lower speeds and distances provides greater efficiency in the use of traction per unit of depth and of soil mobilized for both furrowers. / O objetivo foi determinar o efeito da distância longitudinal entre disco de corte e sulcador de fertilizante sobre o desempenho operacional destas associações trabalhando em diferentes velocidades de deslocamento, no que diz respeito ao requerimento energético e a qualidade de sulco, com o propósito de identificar a integração mecanismo/regulagem que apresente o menor consumo energético sem comprometer a qualidade do sulco. Este foi realizado em área agrícola situada no município de Santa Maria (Rio Grande do Sul), pertencente à Universidade Federal de Santa Maria. O solo da área experimental foi classificado como Argissolo e textura franca. O experimento foi composto por 24 combinações de tratamentos, em um esquema fatorial de 2x3x4. Estes foram compostos pela interação dos fatores mecanismos de abertura de sulco (haste sulcadora e discos duplos desencontrados), distância longitudinal de centro a centro do mecanismo de corte e dos sulcadores (0,50, 1,0 e 1,50 m) e velocidades de deslocamento (1,11, 1,67, 2,22 e 2,78 m s-1). As variáveis respostas do desempenho das associações de mecanismos foram obtidas de forma direta ou indireta, através da aplicação de diferentes métodos por distintas ferramentas. Após a aquisição dos dados, os mesmos foram submetidos à análise estatística de variância e verificado a significância dos fatores através do teste F. Além disso, foi realizada uma análise matemática da taxa de variação instantânea, com o uso do cálculo diferencial. Os fatores sulcador, distância e velocidade apresentaram influência estatisticamente significativa sobre as variáveis de desempenho primárias oriundas da instrumentação, exceto o fator distância sobre o patinamento dos rodados motrizes. Para as variáveis de mobilização do solo, o fator sulcador proporcionou alteração significativa em todas, enquanto que o fator distância modificou significativamente apenas a área elevada e a profundidade máxima do sulco. Já a velocidade, interferiu significativamente nesta última e na área de solo mobilizada. Ademais, nas variáveis secundárias, a modificação dos fatores sulcador e velocidade não proporcionaram alteração significativa apenas na variável empolamento, enquanto que a distância não modificou o consumo específico de combustível. O esforço tratório, o consumo horário e o patinamento, foram mais elevados para as configurações que empregam a haste sulcadora, apresentam maior distância e trabalham em maiores velocidades. A distância não modificou a área mobilizada, a largura e a profundidade do sulco, sendo que a redução desta diminuiu a área elevada. O emprego de velocidades e distâncias menores propiciou maior eficiência no uso da tração por unidade de profundidade e de solo mobilizada para ambos os sulcadores.