TRANSFERENCIA DE CALOR

OPTIMANDO LA TRANSFERENCIA CONDUCTIVA DE CALOR EN SECADORES DE PAPEL

La eficiencia de secado tiene un efecto directo sobre la producción de la máquina. Menores niveles de condensados reducirán, el requerimiento de fuerza y mejorará la eficiencia.

El término secado es comúnmente aplicado a la parte, en el proceso de hacer papel, el la cual en la gua es removida de la hoja por evaporación. Todavía, el óptimo desempeño del secador depende de una muy compleja interrelación entre casi todos los aspectos del proceso de la fabricación de papel. Para entender mejor esta interrelación, considere el secado como la remoción de agua por ambos métodos, mecánico y evaporativo.

Los métodos mecánicos se emplean después de la formación de la hoja. Estos métodos incluyen drenaje por mallas, por sistemas de vacío y las prensas. Una vez que los límites de estos métodos se han llenado, se debe aplicar calor para remover el agua restante.

Secadores rotatorios calentados por vapor proveen la energía evaporativa. Por medio de transferencia de calor conductivo, esta energía pasa a través de la pared del secador al papel, pasando por los secadores, la hoja es reducida de su estado original aproximadamente 60% de humedad después de las prensas aproximadamente 5% después de la sección de secado.

La cantidad de energía requerida en este proceso de evaporación es gobernada por la humedad de entrada y la existente. Por cada uno por ciento de aumento en la humedad de entrada, los requerimientos de secado se aumentan en aproximadamente 5% en términos de kilos de agua a evaporar por kilo de papel. Ya que el costo de la energía evaporativa excede el costo de los métodos mecánicos de remover el agua, optimar la operación del formado y de las prensas, es el primer paso para optimar la operación de secado.

Secado por evaporación, son necesarios calor aire. En los secadores, el calor es suplido por el vapor el cual, da el calor latente de evaporación convirtiéndose en condensado. El calor entonces pasa a través de la pared del secador a la hoja. Esto es transferencia conductiva de calor.

A medida que el agua se evapora, una cantidad de aire a buena temperatura y humedad, debe administrarse a la sección de secado para sacar el vapor de agua.

Esto es transferencia de masa.

Ambas transferencias de calor conductiva y transferencia de masa, ocurren simultáneamente en el proceso de secado, pero la evaporación depende en la suficiente transferencia de masa. El aire puede contener una cantidad de vapor de agua a una temperatura dada. Una vez que se satura, el proceso de evaporación se detiene. Por esta razón, un óptimo sistema de aire es un factor crítico en el proceso de secado.

Igualmente importante, sin embargo, es la operación, mantenimiento e inspección del equipo de suministro de vapor y el equipo de remoción de condensados y gases incondensables de los secadores. No importa que tan cuidadosamente el operador ajuste y opere la máquina de papel, si el equipo auxiliar no funciona correctamente, la maquina no operará apropiadamente.

CARACTERISTICAS DEL VAPOR

La conversión de agua de forma líquida a vapor obedece muy precisa, bien definida a documentadas leyes físicas. Entendiendo algunas de esas leyes y características, puede ayudar a mejorar el funcionamiento del equipo de manejo de vapor condensados.

El vapor en contacto inmediato con el agua de la cual es generado se llama vapor saturado. El vapor saturado a una presión dada sólo puede tener una temperatura. Para cada presión hay una temperatura correspondiente y viceversa. Bajo las mismas condiciones, el vapor a una presión dada puede tener sólo un peso por metro cúbico. Mientras mayor es la presión del vapor, mayor es la temperatura, mayor el peso pr volumen y menor el espacio ocupado por kilo de vapor. (Volumen especifico).

La cantidad de energía requerida para vaporizar completamente un kilo de agua al punto de ebullición se le llama calor latente de evaporación. El calor latente “usable” del vapor. Cuando las calorías son liberadas o dadas, ocurre la condensación produciendo un kilo de agua. Ya que el calor latente en cada kilo de vapor disminuye a medida que aumenta la presión, mayor cantidad de vapor requerida para dar la energía necesaria. También, a medida que se aumenta la presión, más energía es necesaria para levantar la temperatura del agua al punto de ebullición. Esto es calor sensible.

El calor es transferido o fluye de dentro del secador a la hoja, proveyendo así la energía requerida para la evaporación. Este flujo de energía de una fuente a una temperatura, hacia un material a menor temperatura es transferencia de calor conductivo. La mayor resistencia a la transferencia de calor conductivo determina la total capacidad de secado. La resistencia total es la suma de los valores resistivos de todos los medios entre el vapor y la hoja. Sólidos metálicos son buenos conductores. Sólidos no – metálicos como las incrustaciones en el secador, son malos conductores. Los líquidos son generalmente mas malos conductores que los sólidos, y los gases o vapores son los peores conductores. Mientras la incrustación del secador y el espacio entre la pared del secador y la hoja hasta cierto punto se pueden ajustar, la presencia de condensados es el mayor factor determinante en resistencia de calor, especialmente arriba de las velocidades de anillo (Riming).

DINÁMICA ROTACIONAL

Como resultado de la continúa investigación de los efectos del condensado dentro del secador, se ha establecido que hay muchas variantes afectando la uniformidad en la temperatura de la cara del secador. Esto incluye cantidad de condensado, velocidad de rotación y diseño y operación de sifón.

Sin girar, el vapor entra al secador y al momento de ceder su calor latente se convierte en condensado el cual se acumula en el fondo del secador. Cuando el secador empieza a girar, la velocidad y la fuerza centrífuga resultante aumenta. A medida que la velocidad aumenta, el condensado pasa de la tapa de charco a la de cascada y luego a la de anillo. La velocidad rotacional en la cual una etapa termina y la siguiente empieza, depende de la cantidad de condensado y del diámetro del secador.

Las fluctuaciones en los requerimientos de fuerza causados por la cascada del condensado, puede crear variaciones en la velocidad causando roturas de la hoja. La acción de cascada también aumenta el consumo de corriente y contribuye al excesivo desgaste y manteamiento de baleros, engranes y juntas rotativas.

Las fluctuaciones en los requerimientos de fuerza caudados por la cascada del condensado, puede crear variaciones en la velocidad causando roturas de la hoja. La acción de cascada también aumenta el consumo de corriente y contribuye al excesivo desgaste y mantenimiento de baleros, engranes y juntas rotativas.

FUERZA REQUERIDA

La fuerza requerida para mover el secador, bajo condiciones de:

 Sin vapor ni condensado, es una función puramente de aspectos mecánicos del diseño de la máquina.

 Cuando el vapor entra, el condensado resultante crea una carga adicional que afecta la fuerza requerida.

La cantidad de condensado acumulada en el secador bajo condiciones de condensación normal, tiene un gran efecto en el toque y consumo de fuerza en el paso de la etapa de cascada –a- anillo. Una vez que se obtiene el anillo, el consumo de fuerza cae dramáticamente. Ya que la velocidad a que el anillo se forma, cambia de acuerdo a la carga de condensado, reduciendo la cantidad de condensado, permite que el anillo sea mas delgado y se forme a menor velocidad, reduciendo así el consumo de energía en el arranque.

A velocidades de anillo, el condensado residual en gran medida afecta la temperatura del secador, ya que el agua es la mayor resistencia a la transferencia de calor en el secador. En términos de caída de temperatura a través de la pared del secador, un 1mm. De condensado tiene la misma resistencia a la transmisión de calor que 25mm. de fierro , 3 veces la del acero o como 152mm. de bronce o latón.

Pruebas levadas a cabo en el centro de investigación the Jonson Corporation y verificadas en condiciones de campo, muestran que reduciendo los niveles de condensados, resulta en ganancias significativas en eficiencia térmica y mas uniformes perfiles de temperatura a través de la máquina. Cuando los niveles de condensado son altos, mayores presiones de vapor son necesarias para mantener un alto y suficiente diferencial de temperatura para crear el rango de transferencia de calor requerido para evaporar el agua de la hoja.

Reduciendo el grueso del anillo se reduce la resistencia a la transmisión de calor. Como resultado, el operador puede escoger, aumentar la velocidad de la máquina para aprovechar los altos diferenciales, o reducir la presión del vapor obteniendo un rango equivalente de transferencia de calor, usando ligeramente menos vapor (menor presión de vapor, contiene mas calorías por kilo).

Reduciendo la cantidad de condensado también se afecta el gradiente de la película de condensados en la condición de anillo. Mientras mas delgada es la película mejor se distribuye a lo largo de la superficie del secador, creando una mas uniforme temperatura. Esto resulta en una mas uniforme humedad de la hoja, aminorando las causas de resequedad en los cantos.

Minimizando la cantidad de condensado en la máquina de papel, se contribuye a un significante mejoramiento de la eficiencia de secado y reducción requerimiento de fuerza. La selección y el mantenimiento del sifón apropiado, las juntas rotativas y en

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