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Ing. Rui Stefanini Júnior

Ahorro de Energía em Máquinas de Papel Tissue

La industria del papel tissue en términos mundiales tiene siempre que adaptarse a la zonadonde esta instalada sea por limitaciones de recursos, por perfil de consumo y disponibilidadde materia prima, pero independiente de eso hay siempre temas que son de preocupaciónconstante como consumo del agua y energía (eléctrica y térmica) y es este ultimo que es temade nuestra presentación.

Vamos presentarles alternativas para disminuir el consumo energético en puntos específicoscomo:

• Sistema de Aproximación

• Las ventajas de reemplazar Cilindros Convencionales de Hierro Fundido por

Cilindros Ranurados de Acero. (Caso Real)

FUNCIÓN DEL SISTEMA DE APROXIMACIÓN

El Sistema de aproximación de las maquinas papeleras es unos de los mas importantes paragarantizar la calidad y estabilidad del producto final y sus principales funciones son:

• Entregar pasta a la caja de entrada con estabilidad en las condiciones de flujo

requeridas

• Buena mezcla y dispersión de fibras

• Buena limpieza de la pasta (secundaria pero no menos importante)

• Mínima cantidad de aire

• Buena condiciones pala la adición y mezcla de químicos

• Mínimo potencial para depósitos de fibras, finos, bacterias y acúmulos de químicos

• Colectar agua blanca

• Remover la espuma del agua blanca

CONCEPTO TRADICIONAL

CONCEPTO TRADICIONAL – COMPONENTES PRINCIPALES

• Bomba de pasta densa

• Silo de Agua Blanca

• Bomba de Mezcla

• Colador de cabeza de maquina

• Bandeja Principal del Formador

• Canal de Agua Blanca

• Tubería

• Instrumentación

MAQUINA PAPELERA

Tipo de Papel Sanitário, Guardanapo e Toalha

Rango de Gramaje en la Enrolladora 13 – 45 g/m²

Velocidad de Proyecto 1.900 m/min.

Velocidad de Trabajo De acuerdo a la Tabla de Producción

Ancho de la Hoja en la Enrolladora 2850 mm

Diámetro Máximo de la Bobina en la Enrolladora 2.500 mm

Diámetro del Cilindro Yankee 4.880 mm

MAQUINA PAPELERA – DATOS DE PRODUCCÍON


Tipo de PapelHigiénico

Doble HojaHigiénico

Hoja SimpleServilleta Toalla

Gramaje en la Tela (g/m²) 12,00 14,40 18,90 25,20

Gramaje en la Enrolladora(g/m²) 15,00 18,00 21,00 28,00

Crepado (%) 20 20 10 10

Ancho de la Hoja en la Tela (mm) 2.876 2.876 2.876 2.876

Ancho de la Hoja en la Enrolladora(mm) 2.850 2.850 2.850 2.850

Velocidad de Trabajo en la Enrolladora(m/min.) 1.520 1.520 1.414 1.155

Velocidad de Trabajo del Yankee (m/min.) 1.900 1.900 1.571 1.283

Producción a 100% eficiencia (t/d) 93,57 112,29 121,86 132,72

Humedad en la Enrolladora(%) 5

Evaporación del Yankee(kg H2O/h) 3.223,13 @ 7,5 bar

Evaporación del la Campana (kg H2O/h) 3.529,8






Crepado (%) 20 20 10 10










MAQUINA PAPELERA – CONSUMOS DE ENERGIA EN EL SISTEMA DE APROXIMACIÓN

Consumo de Potencia (kW)

Bomba del Tanque de MaquinaMaquina

9,23 kW

Bomba de Alimentación del DepuradorDepurador(Primera Dilución)

-

Depurador (Primera Dilución) -

Bomba de Mezcla 817,53 kW

Depurador Principal 76,50 kW

TOTAL 903,26 kW

CONCEPTO DOBLE DILUCIÓN

CONCEPTO TRADICIONAL – COMPONENTES PRINCIPALES

• Bomba de pasta densa

• Silo de Agua Blanca – Primera Dilución

• Bomba de Pasta

• Colador de cabeza de maquina

• Silo de Agua Blanca – Segunda Dilución

• Bomba de Mezcla

• Bandeja Principal del Formador

• Canal de Agua Blanca

• Tubería

• Instrumentación

MAQUINA PAPELERA


Tipo de Papel Sanitário, Guardanapo e Toalha

Rango de Gramaje en la Enrolladora 13 – 45 g/m²












Crepado (%) 20 20 10 10









MAQUINA PAPELERA – CONSUMOS DE ENERGIA EN EL SISTEMA DE APROXIMACIÓN


Bomba del Tanque de MaquinaMaquina

9,23 kW

Bomba de Alimentación del DepuradorDepurador(Primera Dilución)

51,10 kW

Depurador (Primera Dilución) 18,70 kW

Bomba de Mezcla 710,03 kW

Depurador Principal -

TOTAL 789,03 kW

MAQUINA PAPELERA – COMPARACIÓN DE CONSUMOS


Convencionalal

Doble DiluciónDoble Dilución sin

Recirculación

Bomba del Tanque de Maquinade Maquina 9,23 kW 9,23 kW 9,23 kW

Bomba de Alimentación del Depurador

(Primera Dilución)- 51,10 kW 51,10 kW

Depurador (Primera Dilución)- 18,70 kW 18,70 kW

Bomba de Mezcla817,53 kW 710,03 kW 674,50 kW

Depurador Principal Principal

76,50 kW - -

TOTAL903,26 kW 789,03 kW 753,53kW

VARIACION114,23 kW 149,73 kW

SOLUCIONES ADICIONALES

Como indicado en la tabla anterior se puede ver la gran ventaja de tener una caja de entradacon cero recirculación, que resulta en menor consumo energético en la fan pump porque lacaja de entrada maneja un flujo de 5% a 7% inferior cuando comparado a la solucióntradicional.


Además de la solución de la cajade entrada sin recirculacióntenemos también en el sistema deaproximación el inyector de pastaque tiene la función de permitiruna mejor homogeneización de lamezcla entre pasta densa y aguablanca a la entrada de la fanpump.

Esta homogeneización es logradaacelerando el flujo de pasta densaen el punto de inyección.


El proyecto permite ajustes develocidad optimizando lascondiciones de inyección depasta para distintas condicionesoperacionales

GRUPO DE SECADOEn las maquinas tissue el grupo de secado representa el sistema con mas consumoenergético en la planta, principalmente en términos de consumo de vapor y de gas natural.

El grupo de secado de las maquinas tissue presentan:

• Cilindro Yankee

• En Hierro Fundido

• Plano (en su mayoría maquinas MG convertidas para fabricación de papel tissue)

• Ranurado (tecnología desarrollada en los años 50

• En Acero

• Plano (tecnología desarrollada en los años 50)

• Ranurado (tecnología desarrollada en los años 2000)

GRUPO DE SECADO

• Campanas

• A Vapor

• Temperatura de trabajo entre 150 °C y 220 °C (calderas de alta presión)

• Velocidad de soplado entre 110 m/s – 120 m/s

• A Gas

• Temperatura de trabajo entre 400 °C y 500 °C (hay aun las de ultra alta

temperatura)

• Velocidad de soplado entre 130 m/s – 150 m/s• Capas de Extracción.

VENTAJAS DEL REEMPLAZO DEL CILINDRO YANKEE DE HIERRO FUNDIDO

En máquinas papeleras el perfecto equilibrio de secado del conjunto Yankee/Campana esprimordial para que se optimicen los costos totales de fabricación, porque es en este puntodonde tenemos el mayor consumo energético de la planta y como consecuencia es la parteque define el costo final del producto.

En este escenario es importante que la planta tenga herramientas para buscar disminuir estoscostos y es en ese tema que los Cilindros Yankee Ranurados fabricado en acero pueden darsu gran contribución.

Con cilindros yankee de acero la planta logra tener maneras de ajustar la MP para que puedaproducir mas papel con un costo optimizado, porque una vez que el Cilindro Yankee puedesecar mas, se puede buscar en la campana puntos de operación (temperatura/velocidad desoplado) que resulten una mejor ecuación de costos.

Presentaremos a seguir un caso real donde se puede ver estas ventajas.

Aspectos Generales del Cilindro Yankee de Acero: • Mínimo riesgo de FALLAS CATASTRÓFICAS – Material Dúctil.

• Aumento de la capacidad de secado – Reducción del espesor.

• Balance energético – Fundamental para la decisión del diámetro delcilindro en el caso de máquinas nuevas.

• Disminución de la masa del Cilindro Yankee – Reducción del espesor.

• Facilidad de reparación en caso de daños tanto en el Yankee como en elmetalizado – Se puede efectuar soldadura y metalización.

• Necesidad de Metalización – Debido a la baja dureza superficial de lachapa base.

• Alta dureza superficial debido a la metalización de 50 a 65 HRc –Vida útilmas larga del Cilindro Yankee.

Aspectos Generales del Cilindro Yankee de Acero:

• Mantenimiento de la presión del Yankee al largo de la vida útil de lametalización – rectificaciones correctivas.

• Inexistencia de Head Tilt – Tapas soldadas.

• Inexistencia de pines – inexistencia de porosidad (acero laminado).

• Agilidad en la fabricación – plazo de entrega mas corto.

• Flexibilidad de construcción - Dimensiones customizadas y grandesdimensiones.

• Necesidad de rutinas de mantenimiento distintas / inspecciones distintasde las previstas en TAPPI TIP 0425-01 – “TEMA PARA ESTUDIOS YTRABAJOS FUTUROS PARA UN PRÓXIMO CONGRESO!”

34 mm

CILINDRO YANKEE DE HIERRO FUNDIDO CILINDRO YANKEE DE ACERO CARBONO

22 mm

∆ RAIZ EN YANKEE DE HIERRO FUNDIDO RANHURADO ACERO CARBONO RANHURADO = - 35%

CASO TÍPICO DEL COMPARATIVO DEL ESPESOR DE RAIZ Ø3660 mm (12’) – 8 bar

∆ RAIZ HIERRO FUNDIDO LISO ACERO CARBONO RANHURADO = - 60%

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CHAPA DE ACEROASTM A 516 GR. 70

MATERIAL DÚCTIL

HIERRO FUNDIDOSA 278 CL 60

MATERIAL FRÁGIL

TE

NS

ION

(M

pa)

TE

NS

ION

(M

pa)

TE

NS

ION

TE

NS

ION

DEFORMACIONDEFORMACION

Δ17% EN LA TENSION DE ROTURA EN FAVOR DEL ACERO

Yankee de Acero x Yankee de Hierro Fundido – Propiedades Mecánicas

TENSION DE ROTURA

TENSION DE ELASTICIDAD

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CHAPA DE ACEROASTM A 516 GR. 70

HIERRO FUNDIDOSA 278 CL 60

TE

NS

ION

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pa)

TE

NS

ION

(M

pa)

TE

NS

ION

TE

NS

ION

DEFORMACIONDEFORMACION

Δ 233% DIFERENCIA EN LA TENSION ADMISIBLE PARA EL PROYECTO DE ACUERDO CON ASME VIII - DIVISÃO 1

MATERIAL DÚCTIL MATERIAL FRÁGIL


TENSION DE ROTURA

TENSION DE ELASTICIDAD

TENSION ADMISSIBLE (HASTA 250 °C)

��

A��

��

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Tensión ��

Tensión ��

Módulo ��

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Dureza – ��

Coeficiente de Poisson (ν) ��

Coeficiente de Expansión Térmica (α) ��

Conductividad Térmica ��


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Material Frágil

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CARACTERÍSTI�A��I��

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Coeficiente de Expansión Térmica – ��

Coeficiente de Poisson - ν ��

Coeficiente de Transferencia Térmica �

Tensiones Térmicas (E. ��

Tensiones Admisibles (segundo

presión ASME VIII -��

Coeficientes de Seguridad requerido

VIII - DIVISÃO ��

�� de raíz � ��


≈ ≈

MAQUINA PAPELERA DEL CLIENTE – ANTES DEL CAMBIO DEL CILINDRO YANKEE

MAQUINA EXISTENE ANTES DEL CAMBIO DEL CILINDRO

Tipo de Papel Higiénico

Rango de Gramaje en la Enrolladora 14,5 – 17,50 g/m²






Combustible de la Campana Gas Natural

DATOS DE PRODUCCÍON ANTES DEL CAMBIO DEL CILINDRO YANKEE



Hoja Simple

Gramaje en la Tela (g/m²) 11,17 14,00

Gramaje en la Enrolladora(g/m²) 14,50 17,50

Crepado (%) 23 20

Ancho de la Hoja en la Tela (mm) 2.760 2.760

Ancho de la Hoja en la Enrolladora(mm) 2.790 2.790

Velocidad de Trabajo en la Enrolladora(m/min.) 993 955

Velocidad de Trabajo del Yankee (m/min.) 1.290 1.193

Producción a 100% eficiencia (t/d) 57,24 66,40


Evaporación del Yankee(kg H2O/h) 1.280 @ 6,5 bar 1.280 @ 6,5 bar

Evaporación del la Campana (kg H2O/h) 1895,50 2.248,20


Descripción Unidad

Consumo de Vapor en el Cilindro 2.063 kg/h

Consumo de Gas en la Caldera 144,41 Nm³/h

Consumo Específico de Gas en la Caldera 60,55 Nm³/t de papel

Consumo de Gas Natural en la Campana 227 Nm³/h

Consumo Específico de Gas Natural en la Campana 95 Nm³/t de papel

Consumo Total de Gas 371,41 Nm³/h

Consumo Específico de Gas Natural en la Campana 155,55 Nm³/t de papel

DATOS DE PRODUCCÍON DESPUES DEL CAMBIO DEL CILINDRO YANKEE



Hoja Simple

Gramaje en la Tela (g/m²) 11,17 14,00

Gramaje en la Enrolladora(g/m²) 14,50 17,50

Crepado (%) 23 20

Ancho de la Hoja en la Tela (mm) 2.760 2.760

Ancho de la Hoja en la Enrolladora(mm) 2.790 2.790

Velocidad de Trabajo en la Enrolladora(m/min.) 1079 1033

Velocidad de Trabajo del Yankee (m/min.) 1.400 1.290

Producción a 100% eficiencia (t/d) 57,24 66,40


Evaporación del Yankee(kg H2O/h) 2.074 @ 5,0 bar 2.074 @ 5,0 bar

Evaporación del la Campana (kg H2O/h) 1.521,70 1.907,00


Descripción Unidad

Consumo de Vapor en el Cilindro 3.620 kg/h

Consumo de Gas en la Caldera 253,40 Nm³/h

Consumo Específico de Gas en la Caldera 87,55 Nm³/t de papel

Consumo de Gas Natural en la Campana 145 Nm³/h


Consumo Total de Gas 398,40 Nm³/h


TABLA DE COMPARACIÓN DE CONSUMOS

Antes Después

Producción del Papel 14,5 g/m² 57 t/d 69 t/d

Ganancia de Producción - 21% *

Consumo Específico total de de

Gas Natural155,55 Nm³/t 137,65 Nm³/t

Reducción en el Consumo Consumo Especifico de Gas Natural

Especifico de Gas NaturalNatural

- 13%*

(*) Estos números podrían ser mejores porque la MP tiene otras limitaciones que estamos arreglando ahora y esperamos tener la MP trabajando a velocidades mas altas hasta el inicio del próximo año.

NOTAS ADICIONALES

El reemplazo de Cilindros Yankee requiere un estudio dedicado para cada caso porque losnúmeros de ahorros y ganancia dependen mucho:

• De las condiciones actuales de la MP

• Del potencia de crecimiento de otros sistemas como preparo de pasta, approachflow, vacío, accionamiento mecánico y eléctrico y vapor y condensado. Porqueesta operación sin la evaluación adecuada les puede requerir una cantidad deinversiones adicionales para sacar cuellos de botella de la MP y sus sistemas

• De las condiciones de instalación, sean de la planta o del acceso a ella, entreotras

Es importante para todos que se conozca muy bien los objetivos y retos que sonconsecuencia de esta operación.

CONSIDERACIONES FINALES

Además de los puntos presentados hay una gran cantidad de oportunidades de ahorroenergético en maquinas de papel tissue como:

• Utilización de enzimas para disminuir los costos con refinación

• Rotores especiales para disminuir el consumo eléctrico en los disgregadores depasta

• Utilización de telas y fieltros dibujados para aumentar la retención de fibra ydisminuir los requerimientos de condicionamiento

• Turbinas para el sistema de vacío (requiere evaluación caso a caso)

• Prensas de Zapata

• Yankees de gran diametro

• Aislamiento de las tapas del Yankee y otros.

Rui Stefanini JúniorEngenharia de Aplicação e Vendas+55 (19) 9 9605 3367+55 (47) 9 9717 [email protected]

DATOS DE CONTACTO .... MUCHAS GRACIAS

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