SESSÃO TÉCNICA II 1 dE juNhO dE 2017
Wagner Canelhas é atualmente engenheiro de vendas da divisão de novos equipamentos relativos a turbomáquinas e reatores na MAN Diesel & Turbo Brasil desde 2016. Cursou técnico em propaganda e marketing pela Escola Técnica Estadual Adolpho Bloch entre 2007 e 2009. Trabalhou como diretor de arte em propaganda na AB Comunicações em 2009. Graduou-se em Engenharia Mecânica na Universidade Federal Fluminense em 2016, onde participou do projeto Fórmula SAE por três anos, no qual atuou como responsável pela carenagem do veículo e paralelamente pela gestão de marketing da equipe. Ingressou na MAN como estagiário em setembro de 2014.
TECNoloGIA DE SoprADorES DE váCUo pArA plANTAS TISSUE – UM ESTUDo DE CASo pArA A plANTA DE váCUo MAIS MoDErNA EM MáqUINAS TISSUE No BrASIl WAgNEr CANElhAS ENGENhEIro DE vENDAS –TUrBoMáqUINAS & rEATorES MAN, BrASIl
INOVAÇÕES E MElhOrIAS: SuSTENTABIlIdAdE, dESEMPENhO E ECONOMIA dE ENErgIA
1 < > MAN Diesel & Turbo Author Current topic 00.00.2012 [optional: Brand]
MAN Diesel & Turbo
Wagner Canelhas
Sales Engineer
Rafael Martos
Head of Sales
Tecnologia de sopradores de vácuo para plantas Tissue Um estudo de caso para a planta de vácuo mais moderna em máquinas Tissue no Brasil
2 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Introdução Parte 1
Introdução - Máquinas de Papel
- Máquinas Tissue
- Capota
- Telas de feltro
- Níveis de vácuo e vazões para cada produto
- Fluxograma de vácuo típico
Sistemas de vácuo para Tissue - Bomba de selo líquido
- Componentes principais
- Características operacionais
- Uso do “Ar Falso”
- Sopradores de vácuo
- Componentes principais
- Características operacionais
- Comparativo entre os sistemas
- Vantagens e desvantagens
- Estudo de caso para a planta Tissue
- Sistema de separação de água
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Características Tecnológicas - Eficiência energética
- Velocidade Constante
- Aletas variáveis
- Múltiplos níveis de vácuo
- Variação da velocidade
- Possibilidades de recuperação térmica
- Ar de insuflamento da capota
- Aquecimento da água de chuveiro
- Aquecimento de prédio / Teto falso
- Pré-aquecimento do ar de combustão
- Condicionamento de Feltro
- Curvas de De Crosta (Deságue constante)
- Fenômenos de break-in e drag-load
- Medição e controle do deságue
Modernizações de plantas existentes - Fluxograma típico de vácuo
- Lista de referências de modernizações
Conclusão
Introdução Parte 2
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Níveis de vácuo para outras aplicações
Tipo de papel
produzido
Produção Anual
(toneladas/ano)
Pressão manométrica de
vácuo
(metros de coluna d’água)
Vazão total de vácuo
(m³/min)
Vazão máxima de
vácuo
(m³/min)
Tissue 55.000 -2,5 até -5,0 920 580 @ Rolo de
sucção
Tissue 30.000 -4,5 550 550 @ Ponto único
Celulose 250.000 -0,5 até -6,5 900 215 @ Rolo de
sucção
Papel 150.000 -0,2 até -7,0 1200 414 @ Rolo Prensa
Papel 20’000 -0,5 até -7,0 1980 221 @ Caixa seca
feltro
Via de regra o Tissue é um dos processos que mais demanda vácuo em pontos únicos
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Sistemas de vácuo para Tissue Bombas de selo líquido
Elementos constituintes:
A – Rotor com pás
B – Selo líquido
C – Carcaça da bomba
D – Seção de sucção
E – Seção de descarga
F – Interface Pás / Selo líquido
Detalhes adicionais:
Entradas e saídas de ar e água
Suporte em rolamentos
Operação em simples ou duplo estágio
Um motor para múltiplas bombas
Configuração com polias
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Características do sistema:
Máquina volumétrica
Pulsações e vibrações
Grande variação de pressão
Grandes níveis de vácuo (>80 kPa)
Vida útil pequena a média
Requer água de selagem
Pequena variação de vazão
− Operação sob “Ar-Falso”
Pequena vazão máxima por carcaça
− Grande número de bombas por
instalação (>4)
Menor eficiência de compressão
Pequena variação do consumo sob
cargas parciais
Sistemas de vácuo para Tissue Características das bombas à rotação constante
Ponto de Sucção
𝐕 = Cte
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Sistemas de vácuo para Tissue Soprador de vácuo
Elementos constituintes:
Rotor e Impelidor(es)
Estator
Carcaça
Mancais hidrodinâmicos (óleo)
Até 4 pontos de sucção
Detalhes adicionais:
Simples ou múltiplos estágios
Um motor por máquina
Um soprador para múltiplas máquinas
de vácuo
Sistema de lubrificação dedicado
Aletas difusoras
Caixa multiplicadora
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Características do sistema:
Máquina dinâmica
Pouca variação de pressão
− Supre até 4 níveis simultâneos
− Válvulas de estrangulamento
Níveis de pressão até 80 kPa
Vida útil longa, excedendo 25 anos
Comprime apenas ar
− Maior eficiência de compressão
Grande variação de vazão
− 110 a 80% para a tecnologia RC
− 110 a 30% para a tecnologia RT
Poucas máquinas por instalação
− Para Tissue de 1 a 4 máquinas
Economia em cargas parciais
Possibilidade de recuperação
térmica complementar
Ponto de Sucção
𝑷 = Cte
Sistemas de vácuo para Tissue Características dos sopradores à rotação constante
9 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Comparação entre tecnologias Vantagens e desvantagens
Requerimento / Característica Soprador de Vácuo Bomba de selo líquido
Faixa operacional de vazão por carcaça Vazões maiores Vazões menores
Faixa operacional de pressão Até 80kPa Até cerca de ~98 kPa
Variação da pressão Baixa: Válvula de
estrangulamento Elevada
Variação da vazão Elevada Baixa: Ar falso
Quantidade de máquinas por planta Tissue 1 a 3 4 ou mais
Eficiência de compressão Elevada Baixa
Possibilidade de recuperação térmica Grande – Ar de exaustão Menor – Água aquecida
Consumo de água Muito Baixo Elevado
Vibrações e pulsações Pequenas Elevadas
Dimensões e Peso Pequenos Grandes
Nível de ruído Similar
Disponibilidade Maior Menor
Requerimentos de manutenção Pequenos Frequentes
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Comparação entre tecnologias Sistema de separação Ar/Água
Bombas de vácuo:
Separadores com pernas
barométricas
Pacotes de pré-separadores
Um separador por perna de vácuo
Ciclo de água aberto ou fechado
para sistema de selagem
− Torres de resfriamento
Soprador de vácuo:
Ao menos uma caixa de separação
por nível de vácuo (pressão)
− Caixas em concreto ou aço
− Posicionamento no mesmo nível
da máquina e papel ou inferior
− Bombas de extração de água
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Estudo de caso – Planta Tissue Comparativo de nova planta Tissue no Brasil
Item avaliado Soprador de Vácuo Bomba de selo líquido
Potência nominal (motor elétrico) 57% (redução de 43%) 100%
Potência consumida máxima 50% (redução de 30%) 80%
Potência consumida média 40% (Redução de 40%) 80%
Quantidade de carcaças 1 x RT 71-1 5 Bombas de vácuo
Recuperação térmica preliminar 14 % (Redução de 86%) 80%
OPEX / LCC 55 % (Redução de 45%) 100%
Consumo de água em circuito aberto < 1% (Redução de 99%) 100%
Para esse projeto os sopradores consomem, sob potência média, metade da potência das bombas
Primeira referência da máquina de simples estágio no Brasil
Previsão de já ter entrado em operação em 2019
Maior rolo Yankee já feito para máquinas Tissue no mundo
Tida como a planta de vácuo mais moderna de Tissue do Brasil
Efeitos de ganhos com Break-in não foram considerados nesse estudo
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Sopradores de vácuo Eficiência energética – Rotação constante
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Sopradores de vácuo Aletas difusoras variáveis
Funcionalidade:
Impor maior resistência ao fluxo e
assim modificar a curva operacional
da máquina
Propiciar modulagem de vazão e
pressão da máquina
Maximizar a operação durante o
condicionamento e vida útil do feltro
Dados adicionais:
Variação de 10 a 26º
Operadas por válvula pneumática e
servo-motor integrados à carcaça
Permitem redução da vazão de
design em até 30%
Sistema automático
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Sopradores de vácuo Eficiência energética – Aletas difusoras
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Sopradores de vácuo Eficiência energética – Aletas difusoras
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Sopradores de vácuo Eficiência energética – Variação da rotação
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Condicionamento de Feltro Desague constante – Curvas de De Crosta
Curvas de De Crosta (1980)
Feltro deve ter o deságue constante
ao longo de sua vida útil
Estudo em feltros novos, usados e a
meia vida
Conclusão da curva ideal de vácuo
para máquinas de papel
Tempo de vida (30 dias)
Transição para usado (5~7 dias)
Fenômenos conhecidos:
Break-in
− Tempo gasto na compactação do
feltro
Drag Load
− Carga nos rolos
− Ruptura prematura do feltro
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Condicionamento de Feltro Comparativo ao longo da vida útil do feltro
19 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Soluções possíveis
Medição do nível de desague dos feltros e automatização do sistema de vácuo
Acionamento no sistema de vácuo fazendo o uso de válvulas de estrangulamento e
aletas difusoras reduzindo os efeitos de Break-in
Variação da vazão para valores inferiores ao de design, reduzindo o efeito de drag-
load
Soluções usuais
Compactação química ou mecânica dos feltros durante o início de sua vida útil
Operação com baixa em produção para compensar operação fora do ponto de design
do sistema de vácuo
Condicionamento de Feltro Possíveis soluções
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Recuperação térmica Princípio teórico – Cálculo preliminar
Entalpia de ar úmido
Considerações sobre troca térmica a pressão constante (calor específico cp)
Considerar umidade absoluta para cálculo da entalpia da água separadamente
Considerar entalpia do vapor d’água disperso no ar
ℎ = 𝑐𝑎𝑟 ∗ 𝑇 + 𝑥 ∗ (𝑐á𝑔𝑢𝑎 ∗ 𝑇 + ℎ𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟)
Estudo de caso para a máquina de Tissue
Temperatura que o ar deixa o soprador – 150 ºC
Temperatura ideal de recuperação térmica para o ar – 60 ºC
Consideração do calor específico da água como 1,84 kJ/kgºC
Consideração do calor específico do ar como 1,006 kJ/kgºC
Consideração da entalpia de vapor como 2501 kJ/kg
Umidade absoluta de 0,15 kg H2O/kg Ar
Vazão mássica de 25 t/h = 25.000 / 3600 kg/s
Resultado obtido: 798 kW de energia térmica a ser recuperada
Somado à eficiência energética, economia de 80% comparado ao consumo das bombas de vácuo
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Recuperação térmica Ar de insuflamento da capota – Simpliicado
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Recuperação térmica Ar de insuflamento da capota – Pré-aquecimento
23 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Recuperação térmica Ar de insuflamento da capota – Queimador
24 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Recuperação térmica Ar de insuflamento da capota – Vapor
25 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Recuperação térmica Pré-Aquecimento da água de chuveiros
26 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Recuperação térmica Aquecimento predial / Teto Falso
Aquecimento predial
Relevantes em regiões do sul do Brasil, onde o inverno é severo e pode-se
economizar energia térmica utilizando o ar do soprador para aquecimento do prédio.
Pode ser aplicada de forma complementar às recuperações propostas anteriormente.
Dispensa o uso de trocadores de calor
Aquecimento de teto falso
De forma a evitar a precipitação de gotas no teto onde fica instalada a máquina de
papel, é comum construir um teto falso aquecido.
Aplicação irá largamente variar conforme temperaturas presentes, tamanho e produção
da máquina de papel em questão.
Também pode vir a ser aplicada como recuperação térmica complementar às
anteriores
Dispensa o uso de trocadores de calor
27 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Recuperação térmica Pré-Aquecimento do ar de combustão
28 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Modernizações de plantas existentes Adaptações propostas
O que é, ou pode ser mantido
Sistema de bombas de vácuo
(backup temporário)
Pré-separadores de ar/água
Tubulações de vácuo entre as
bombas e máquina de papel
O que deverá ser implementado:
Novo sistema de vácuo (sopradores)
Novos motores para acionamento dos
sopradores
Caixas de separação em concreto ou
aço
Válvulas de controle no ponto de
maior vazão e pressão.
Opcional
Inversor de frequência
Transformadores
29 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Modernizações de plantas existentes Operação comum – Lista de referências mundial
Plant Customer Product Country Year
Archangelsk BM2 JSC Arkhangelsk Sack Kraft Paper Russia 2016
Shiwha Shindaeyang BM1 Shindaeyang Paper Linerboard Korea 2015
Shintanjin PM 1 Hansol Paper Co. Ltd Art Paper Korea 2015
Oberkirch PM 5 Koehler Paper Group Paper Germany 2015
Duffel TAD Tissue Sofidel Benelux NV. TAD Tissue Belgium 2015
Osan BM 1 Dong Won Paper C. Ltd Testliner Korea 2015
Daejeon BM 31 Hansol Paper Co. Ltd White Board Korea 2015
Daejeon BM 32 Hansol Paper Co. Ltd White Board Korea 2015
Ovaro BM 1 & 2 Reno di Medici Board Italy 2015
Ansan Korea BM 1 Korea Paper Linear Board Korea 2014
Dörpen PM 3 UPM Nordland Fine Paper Germany 2014
Lexington NW 1 Kimberly-Clark Non Woven USA 2014
Banpong PM 3 Thai Paper Printing/Writing Thailand 2014
Hyunpoong BM 1 Kyungsan Paper Corrugated Medium Korea 2014
Nortrup BM 1 Delkeskamp Fluting/Liner Germany 2014
Mislata PM 7 Miquel y Costas & Miquel Silk/Tipping paper Spain 2014
Olsany PM 5 OP Papirna Finepaper Czech Republic 2013
Beech Island TM 3 Kimberly-Clark Tissue USA 2013
Allo TM 1 Georgia-Pacific Company Tissue Spain 2011
30 < > Tecnologia de Sopradores de vácuo para Tissue Wagner Canelhas Tissue World – São Paulo 2017 05.2017
Conclusão
Tecnologia de sopradores de vácuo
Possui diversas vantagens para o processo de fabricação de papel, especialmente
no setor de papeis sanitários (Tissue)
Tendência de se expandir e difundir-se no Brasil (tal como ocorrido na China)
Estudos de modernização sendo feitos em diversas plantas e obtendo bons
resultados com retornos do investimento entre 1 a 3 anos.
Tecnologia de bombas de vácuo
Ideal para níveis elevados de vácuo e aplicações onde a selagem do fluido é crucial.
Mais competitiva em termos de eficiência em plantas pequenas quando menos
bombas são aplicadas (<400 cfm)
Comumente usada em larga escala em plantas de celulose (menor preocupação com
consumo de água e recuperação térmica, além de geração própria)
Tecnologias de recuperação térmica
Grande potencial de aplicação, porém reduzido quando comparado a países com
invernos severos
Pode vir a ser associada a soluções de geração com turbinas a gás e a vapor
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