Economia tØrmica na mÆquina de papel

MFN 0651N CHAMADA

TITULO Economia tØrmica na mÆquina de papelAUTOR ES MARTINS C

EDICAO

IDIOMA portuguŒsASSUNTO

TIPO Congresso

EVENTO

PROMOTOR

CIDADE

DATA

IMPRENTA

PAGVOLUMEFONTE

p741756AUTOR ENTIDADE

DESCRITOR

Congresso Anual da ABCPABTCP

Sªo Paulo

1923111984

Sao Paulo 1984 ABTCP

p741756 v2

Congresso Anual da ABCP

17

17 1984 Sªo Paulo v2

RESUMO

71

ECONOMIA TÉRMICA NA MAQUINA DE PAPEL

PBC

Martins CReg

Jaakko Pliyry Engenharia Ltda Sªo Paulo Brasil

1 Introduªo

Com o advento da crise energØtica em 1973 e consequente aumen

to dos custos tornouse compulsıria a implementaçªo de efetivos programas de economia e conservaçªo de energia na industria de celulosee papel a nível mundial No Brasil estes programas foram parcialmente incluídos no esforço governamental para reduzir a dependªncia ener

gºtica que tem sido basicamente substituiçªo de combœstível fossil im

portado petróleo por combustíveis ou fontes alternativas de energias nªo dependentes de importaçıes A elevaçªo do custo principalmenteda energia tØrmica tem sido na prªtica consequØncia da brutal eleva

çªo do preço do óleo combustível evidenciado pelo Crªfico 1 em USde Jul1984 US 4000tem 1973 a US 18300tem 1984 A elevaçªodo custo mØdio da energia elº trica nªo se mostra acentuada tendo va

riado entre US 2000M e US 2500MWh no período entre 19731984em valores correntes a nível de Jul1984 conforme o Grªfico lA

2 Perfil SumÆrio de Consumo de Energia TØrmica e Elºtrica na Industriade mel e Celulose

Os grÆficos 2 e 3 apresentam uma distribuiçªo típica quantodemanda de energia tºrmica e elØtrica para uma fÆbrica de celulose pra 240 000 ADMTano e uma fªbrica de papel imprensa para 150 000 anu

ais de papel

Como se verifica pelos gcªficos citados a secaçcmde papelsecagem de polpa sªo importantes consumidoras da energia tºrmica

3 Conservaçªo e Economia de Energia

Conservaçªo de Pnergia Ø um conceito que deve ser objetivamente definido sendo diferente de Economia de Energia Conservaçªo de

Energia Ø utilizaçªo mais eficiente da energia ou seja uma mªxima

utilizaçªo minimizando as perdas A recuperaçªo de calor de um fluxode ar aquecido da exaustªo de uma capota de mÆquina de papel paraprØaquecimento de ar de insuflamento caracteriza um procedimento dc

Conservaçªo de Energia A diminuiçªo do grau de refinagem de uma pol

pa com consequente menor aplicarªo de energia eltria aracteriza

trabalho apresentado nn XVII Congresso Anual da ABCP Semana do Papelrealizado em Sªo Paulo Brasil de 19 a 23 cie novembro de 1984

t

um procedimento para Economia de Energia visto que o trabalho efetuado sobre a fibra tambºm reduziuse

4 Conservaçªo de Energia em Mªquinade Papel

Para efeito deste trabalho iremos considerar somente a con

servaçªo de Energia TØrmica tendo em vista a sua maior importânciarelativa

A demanda de energia tØrmica em uma mÆquina de papel oscilaentre 43 a 10 Gjton de produto Esta grande variaçªo de demanda de

energia tØrmica para secagem de papel º decorrŒncia em œltima anÆlise do teor sŒco de entrada e saída nos secadores temperatura da fo

lha na entrada eficiŒncia dos secadores e capota grau de reutili

çªo de Ægua branca reutilizaçªo de calor secundÆrio etc

41Teor SØco na Entrada dos Secadores

Teor SØco na entrada dos secadores Ø de longe o fator determinante

na demanda de energia tØrmica na secagem das mÆquinas de papel A

economia possível de energia tØrmica fica bem evidente na Tabela I

Economia Potencial Aumento do teor sŒco da fôlha em uma mªquinade papel imprensa

Tabela I Economia Potencíal Aumento do Teor SŒco da Eôlha

Economía de Calor

7 de aumento US ton kg de vapır USanono teor sŒco de papel por tonde papel

1 120 100 120 000

2 288 240 288 000

3 480 400 480 000

4 624 520 624 000

5 756 630 756 U00

6 900 750 900 000

Custo do vapor 1200 US ton

Produçªo anual 100 OOO ton

0 aumento do teor sŒco na entrada dos secadores só pode ser conseguido atravez de melhor desempenho das prensas desempenho este associa

do a fatores tais como configuraçªo de prensas tipos de prensas

pressıes lineares velocidade de operaçªo comportamento de vestimen

tas teor sŒco antes das prensas peso bÆsico e temperatura da folha

As figuras 1 e 2 apresentam as configuraçıes de prensas Twin

ver e prensa TriN ip A prensa Twinver Ø provavelmente uma das pren

sas mais difundidas e que vem sendo gradaEivamente substituída pelanova configuraçªo TriN ip As prensas TriNip podem melhorar o teor

sŒco da folha em atØ 27 o que representa dc acordo com a tabela I

v

uma economia de atØ 288 000 USano para uma produçªo de 100 000 ton

ano Este melhor desempenYo pode ser creditado a um primeiro nipduplamente feltrado Devemos considerar um açrºscimo de energia elØtrica pela maior demanda de vÆcuo na prensa TriNip Este acrºscimoserª da ordem de US 50 000ano considerando o custo mØdio do MWhem US 24 000 Para o perfil de idade cronolıgica e tºcnica das mÆquinas de papel do Brasil acreditaseque substÆnciais econımias

poderªo ser obtidas com reformas de prensas existentes ou eventuais

substituiçıes

42 Reduçªo do Teor SØco da Folha Após Secagem

0 papel ªs vezes Ø produzido com teor SØco apıs secagem excessiva

mente alta afim de se obter uma folha plana A remoçªo de Ægua da

folha tornase mais difícil à medida que o teor sŁco aumenta haven

do necessidade de maiores Æreas de secagem ou maiores pressıesocorrendo consequentemente maiores perdas decorrentes de radiaçªo e

convecçªo e consequentemente maiores demandas de energia tØrmica

por tonelada de produto A reduçªo do teor sŁco da folha apıs seca

gem alŒm de reduzir o consumo de energia tØrmica permite tambºmo benefício da reduçªo no consumo de matŒrias primas tais como celu

Losecargas corantes e outros produtos químicos Uma possivel redu

çªo do teor sØco após secagem só º possível com efetivos contrıles

computarizados Excluindo a economia da matºria prima os benefíci

os da reduçªo do teor sØco apıs secagem equivalem a aumento do teor

sŁco após prensas conforme tabela I

43 Secagem

Da demanda total ua energia na mªquina de papel em mØdia mates de

SSX º consumida na secagem E evidente que grande parte desta deman

da Ø inerente ao processo e mesmo com a mÆxima eficiŒncia a seca

gem serÆ a maior consumidora de energia tØrmica em uma mÆquina de

papel Estimase que um grande nœmero de mÆquinas de papel consomem

na secagem atØ 10 vezes mais energia que nas prensas Excluíndu

açıes jÆ preconizadas em itens anteriores que reduzem significativamente a carga na secagemmedidas adicionais podem ser preconizadas visando uma eficiØncia nos sistemas de secagem expostos na se

quŒncia

431Capotas Fechadas

Um nœmero elevado de mªquinas de papel possuem somente uma coifa

para simples extraçªo da condensaçªo ou capotas abertas 0 fecha

mento da secagem com capotas reduz o volume de ar reyerido atØ de

407 do volume necessªrio para uma capota aberta possibilitam temperoturas mais elevadas facilitando recuperaçªo de calor no prØaquecimento de ar e ªgua e reduzem as perdas por radiaçªoAlºm disto

melhoram o ambiente de trabalho Aumentos de eficiØncias com capotas fechadas tØm sido reportados variando enfie 3 e lOZ

7

Reutilizaçªo de Ar

A quantidade de ar utilizada e movimentada no edifício de uma mªquina de papel Ø elevadíssima da ordem de 56 vezes o volume do edifício da mªquina em uma hora óbviamente o ar necessÆrio para ventilaçªo nas Æreas de operaçªo deve ser ar fresco por uma questªo de confôrto dos operadores Este volume de ar deve ser reusado em outras

aplicaçıes ou seja nos tetos falsos e capotas Esta reutilizaçªo pode possibilitar aproximadamente uma economia de cerca de 25 000 kcalt de papel considerando um T do ar de 104C

Recuperaçªo de Calor para Aquecimento deAgua

A quantidade de calor necessªrio para aquecimento de ªgua e respectivos custos estªo indicados nos Grªficos 4 e 5 Uma capota tem um excesso de calor sendo lançado na atmosfera pelo sistema de exaustªoda ordem de 1 200 Mcalt Toda a ªgua freta necessÆria pode ser aquetida direta ou indiretamente usandose parte do calor de exaustªo dacapota 0 aquecimento de 7 200 1t de papel proporciona uma reutilizaçªo de aproximadamente 144 000 kcalt de papel fabricado considerandose um p T de 204 C

Recuperaçªo do Calor para PrØAquecimento do Ar de Ventilaçªo de Balsas

Tendo em vista o alto conteœdo tØrmico da exaustªo da capota e o favorÆvel diferencial de temperatura a sua recuperaçªo Ø perfeitamente exequível pelo prØaquecimento de ar para a ventilaçªo de bolsase tetos falsos De uma capota fechada podese recuperar cerca de240 Mcalton de papel para prØaquecimento do ar da ventilaçªo debolsas A Tabela II na sequŒncia sumariza o desempenho de uma seca

gem com capota aberta versus canota fechada

Tabela II Desempenho de Capotas Abertas e Fechadas

Capota Aberta Capota Fechada

Ventilaçªo de bolsa

Aquecimento do ar 177 000 50 000

Evaporaçªo 25 000 12 500Flash 89 000 12 500

Cilindros Secadores

Condensador do sistemade vapor e condensado 252 000 o

Aquecimento do ar 171 000 71 000Vasamentos 151 000 76 000

Radiaçªo 75 000 SO 000Folha de papel 18 000 18 000

Evaporaçªo 781 000 793 000

Total kcalton 1739 000 1083 000

Agua quente nªo utilizadaAgua quente reutilizada

1s

5 Resumo Sumªrio

A conservaçªo de energia em uma mÆquina de papel envolve um elenco deaçıes que vai desde treinamento e conscientizaçªo de pessoal atØ radicais modificaçıes de processo De maneira geral e envolvendo conservaçao e economia tØrmica e elØtrica listamos

Projeto e operaçªo de sistemas com o mªximo de recirculaçªo e reutilizaçªo de aguas servidas nos seguintes pontos

chuveiros de formadoras filtros caixa de entrada limitadoras deformato

Diluiçıes e controle de consistŒnciaDiluiçªo de aditivos químicos e cargasEm casos de fªbricas de papel integradas utilizaçªo de ªgœa branca na lavagem de polpa branqueada eou diluiçªo de polpas mecªnicas

Projeto e operaçªo de sistemas de refinaçªo de polpa com mÆxima eficiŒncia considerando

Velocidades otimizadas de refinadores em rpm visando minimizar as

perdas hidrÆulicasOperaçªo de refinadores a pelo menos 80X da carga nominal dos acionamentos

Otimizaçªo e mÆxima especifidade de desenhos de discos de refinadores

Utilizaçªo de energia química no processo de refinaçªo

Projeto e operaçªo de sistemas que permitam reutilizaçªo de Æguas de

refrigeraçªo para aplicaçªo das mesmas nos seguintes pontos

Aguas de selagemAgua para condicionamento de feltros

Projeto e operaçªo de sistemas que permitam a maximizaçªo do teor sŒco da fılha por meios mecªnicos e que incluem

Chuveiros de vapır nas prensas aumentando a temperatura e diminuindo viscosidade da ªguaSistemas fechados de ªgua branca e consequente maior temperaturaAditivos químicos para facilitar a drenagem mecªnicaPrensas com projetos de maior eficiŒRCia

Projeto e operaçªo de sistemas de vÆcuo utilizando o mínimo volumede ªgua e reutilizaçªo da mesma

Projeto e opereraçªo da secagem considerando

Mínima pressªo nos secadoresEficiente remoçªo do condensado

Minimizaçªo de vapor flash

7A6

Projeto e operaçªo de capotas e ventilaçªo de bolsas considerando

MÆxima recuperaçªo de calor da exaustªo aquecendo Ægua fresca para aplicaçªo onde necessÆrio e prØaquecimento de ar para sistema de ventilaçªo de bolsas

Capotas com pressªo positiva

Projeto e operaçªo de sistema computadorizado para permitir

Mínimo teor sŁco apıs secagemMÆxima velocidade de mÆquina de papelMínimo pŒso bªsico

6 Secagem de Papel Estado da Arte

Com o constante aumento de velocidade verificado nas mÆquinas de papel tØm adquirido elevada importªncia os meios de promover uma maioreficiØncia na secagem que dentro do conceito atual de secagem pormeio de cilindros secadores significa uma reduçªo da barreira criada

pela camada de condensado que reduz a eficiŒncia da troca tØrmicaPara minimizar esta barreira de condensado nos cilindros secadores

turbulŒncia deve ser gerada Isto levou a cilindros aletados cilin

dros com spoiler bars e cilindros ranhurados

Cilindros aletados tØm uma sØrie de nervuras ou aletas usina

das internamente 0 condensado depositado entre as aletas Ø removido

por uma sØrie de pequenos sifıes Devido à complexidade do sistema Ø

empregado somente em cilindros Yankee spoiler bars introduzem um

movimento oscilatório na película de condensado As barras sªo espa

çadas de tal forma a gerarem uma frequŒncia de resonªncia produzindo turbulØncia

Somente recentemente spoiler bars tŒm sido usados em secado

res convencionais Taxas de secagem atØ 30X superiores tØm sido obtidas com spoiler bars dependendo das condiçıes operacionais 0 grÆfico 6 indica o valor de coeficiente de transferŒncia tØrmica U atØvelocidades de 1 400mmin

61 Perspectivas

Trabalhos em recompressªo de vapor secagem vÆcuo termal thermal va

cuum driying e secagem em alta intensidade high intensity driyingainda estªo em fases de estudos laboratoriais Secagem à Pressªopress driying estÆ passando atualmente para a escola piloto e o

perfilador magnØtico tem sido aplicado em experiŒncias de campo

A secagem à pressªo º um processo simultªneo de pressªo e seca

gem com resultados positivos na resistŒncia mecânica e rigidez As

experiŁncias realizadas foram somente atØ velocidades de 630mminprevendose ainda longo trabalho de pesquisa

secagem em alta intensidade high intensity driying utiliza

pressıes e temperaturas muito superiores Æs atualmente em uso Este

17

processo tambØm estª em escala Laboratorial prevendose tambØm um

longo trabalho de pesquisa

Recompressªo de vapor tambºm em fase laboratorial tratase da

recuperaçªo do calor latente do vapor comprimindoo desde a pressªoatmosfØrica atØ uma pressªo mais alta sendo o vapor usado diretamente nos cilindros secadores ou usada em trocador de calor Para razaóde compressªo de cerca de dois cerca de 44 KWhton recupera cerca

de 640 KWhton do calor latente do vapor ou seja uma relaçªo de aptoximadamente 1451

Na secagem vªcuo termal thermal vacuum driying a fôlha Ø seca

da entre uma superfície aquecida e uma correia com estrutura capilara qual estÆ em contacto com uma superfície refrigerada A ªgua da fılha evapora o vapır formado migra pela estrutura capilar atØ conden

saçªo sobre a superfície refrigerada Taxas de secagem de atØ 10 ve

zes tŒm sido reportadas mas o processo Ø incipiente e uma sØrie de

problemas deverªo ainda ser resolvidos

0 perfilados magnØtico Magnetic Profiler baseiase no fato de

que quando um condutor passa atravez de campo magnØtico correntes sªogeradas no ondutor ou seja o efeito Eddy produzindo perdas proporcionais a I R 0 perfilados magnØtico utiliza este princípio paraaquecimento controlado e seletivo em um secador permitindo um efetivo

controle no papel de secagem

GrÆficos e Figuras

GrÆfíco 1 Preço PlØdio de Õleo Combustível no Brasil

Período 1973 a 1984

GrÆfico lA Preço MØdio de MWh Consumido no Brasil

Perïodo 1973 a 1984

GrÆfico 2 Demanda de Energia em FÆbrica de Celulose

GrÆfico 3 Demanda de Energia em FÆbrica de Papel Imprensa

Figura 1 Pickup Seguido de uma Prensa Tvinver

GrÆfico 4 Demnada de Calor para Aquecimento de Agua

GrÆfico 5 Custos de Aquecimento de Agua para Diversos Custos

GrÆfico 6 Desempenho de Secadores

REFERENCIAS

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