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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
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