1. Termocompresores
Diseño , Operación y
Consideraciones Energéticas
1

2. Componentes del Termocompresor
Entrada de
Actuador Vapor Motriz Descarga de
Vapor Motriz
Mezcla acelara
para alta
velocidad
Expande para
la descarga a
la presión
Entrada de
deseada
Vapor de
Succión

3. Ecuación de Bernoulli
( ) ( )
P 1 + 1 ρ V 1 2 = P 2 + 1 ρV 2 2
2 2
P = Presión Estática
V = Velocidad
1 ρV12 = Presión de Velocidad
2
Como la presión es reducida, la velocidad debe aumentar
Vapor motriz expande de la aguja para alta velocidad
Como la presión es reducida la velocidad debe aumentar
Velocidad es reducida en el difusor para descarga, la
presión es mayor

4. ¿Cómo trabaja?
Vapor motriz
Baja Velocidad
Cámara de expansión
Velocidad cae
Presión descarga
Baja Velocidad
30 mps
Jacto motriz
Velocidad muy
alta
Cámara de mezcla
Alta Velocidad
Vapor de Succión
Baja Velocidad
Perfil de Velocidad

5. Razones de Diseño
Pm = Presión Motriz
Mm = Flujo Motriz
Razón de Expansión = PM ≥ 1.4
PS
Razón de Compresión = PD ≤ 2
PS
Razón de consumo = MS
Ps = Presión Succión
MM
Ms = Flujo Succión
P = Presión Absoluta
Pd = Presión de Descarga
Md = Flujo de Descarga
= Ms + Md

6. Razon de Consumo
Flujo de Masa Vapor de Succión
Razón de Consumo = MS =
MM Flujo de Masa Vapor Motriz
• Medir eficiencia del Termocompresor
– Queremos minimizar la cantidad de vapor de alta presión
necesaria
• La Razón de Consumo depende de:
– Presión de Vapor Motriz
– Razón de compresión necesaria
– Diseño del Termocompresor
• Geometria de la aguja y la garganta (crítica para la eficiencia
del diseño)
• Tamaño de la garganta (superdimensionada es malo)

7. Aplicación en Secado de Papel
7

8. Aplicación en Secado de Papel
• Debe operar sobre el rango de operación de los secadores
– Límites de alta presión y baja presión son establecidos por el diseño
del termocompresor
– Previsión precisa y requerida de la presión de los secadores
• Características del sifón, definiendo el proyecto del
Termocompresor
– Flujo de Vapor de Arraste (Suction Flow) es definido por el sifón,
condensación, presión del secador y diferencial de presión
– El diferencial de presión es dictado por el tipo de sifón y velocidad
de la máquina

9. Diseño del Termocompresor
• Diámetro de la Aguja es determinado
por el punto de la máxima presión de
operación
– Altas presiones = baja razón de
expansión = más vapor motriz
requerido
• Diámetro de la Garganta es
determinado por el punto de la menor
presión de operación
– Volumen específico es grande a
bajas presiones
– Flujo de Succión es determinado
por los sifones
– Diferencial de presión + pérdidas
en la línea determinan la presión
de descarga y velocidad

10. “Sobre el Top”
• Termocompresores no son normalmente proyectados
para un punto de operación en las aplicaciones de secado
de papel
– Diámetro de la garganta es normalmente determinado por el
punto de menor presión de operación
• Garganta es “superdimensionada” para operación a alta presión
• Diámetro de la Aguja es determinado por el punto de mayor presión
de operación
• Aguja es “superdimensionada” para operación a baja presión
• En la baja presión de operación es posible que el
termocompresor “abra mucho”
– Exceso de vapor motriz causa pérdida de eficiencia
– “Sobre el top” es el punto donde el termocompresor comienza a
perder eficiencia
– A veces es llamado “Flujo de Choque”

11. Diseño del Termocompresor
“Sobre el top” a bajas
presiones. Normalmente
llamado “Flujo de Choque”

12. “Sobre el Top”
• Cuando el termocompresor llega “sobre el top” se abre
completamente
– El controlador de diferencial de presión pide por alto % de apertura del
temocompresor y realmente genera menos diferencial
– TC abre 100% y la Válvula de Alívio abre causando pérdida de vapor
– Cuando está en flujo de choque el termocompressor no vuelve a ser
controlado
• La correcta operación y proyecto previene la operación “sobre el top”
– Haga el termocompresor para las características del sifón
– No use diferencial excesivo de presión
– Gerenciamiento del diferencial de presión mejora la operación
• Lógica “Anti choque” programada en el sistema de control
– La lógica calcula el punto de choque para diferentes presiones de
operación
– La lógica limita la apertura del TC para previnir que pase del punto “sobre
el top”

13. Consideraciones Energéticas
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14. Consideraciones Energéticas
• Vapor de media / alta presión es caro
– Vapor motriz no pasa por las turbinas para generar electricidad
Turbina
Turbine
Generador
Generator
850 psi steam
PRV
HP Boiler 400 psig
165 psig
65 psig
PM DRYERS
Misc. Mill
Steam Users
Blow through steam
Condensate return

15. Consideraciones Energeticas
• Minimiza el uso de vapor motriz
– Usar sifón adecuado
• Minimiza el uso de vapor de arraste
• Sifones estacionarios pueden reducir el uso de vapor motriz en
75% comparado al rotatorio
• A veces es posible reducir el tamaño de los sifones rotatorios
– Tamaño correcto del termocompresor
• Termocompresores superdimensionados son menos eficientes
– Proyecto correcto del termocompresor
• Diseño de alta eficiencia
– Geometría de la aguja y garganta es crítica para la
performance
– Uso del termocompresor tipo booster para maximizar el
uso de vapor de baja presión

16. Eficiencia del Termocompresor
• Geometría del termocompresor tiene un gran impacto en
el uso de vapor motriz
– Gargantas superdimensionadas son ineficientes
– Aguja para la geometría de la garganta es importante
– Larga sección cónica convergente antes de la garganta es
ineficiente para la operación
• Dimensionamento preciso es esencial
– No se “informan más o menos” las condiciones de operación
– El termocompresor es proyectado de acuerdo con las
características del sifón
• Modelo CFD (Computational Fluid Dynamic) es una
herramienta esencial
– Tecnología moderna junto con la vieja “arte”

17. Proyecto del Termocompresor
Conversión
ineficiente de
energiía
Alta velocidad en la área de
mezcla resulta en más energía
cinética disponible para
Proyecto Convencional
conversión para presión
Proyecto Kadant Johnson
de Alta Eficiencia

18. Modelo CFD
TC con una óptima configuración
TC con una no óptima
introducción de vapor de • Razón de consumo mejora en 20%
succión y descarga del tacto
• Menos vapor motriz requerido
motriz

19. Caso Histórico
• Caso histórico Máquina de Papel Fino
– Sistema gasta una media de 4.050 kg/hr
• $576.400 en pérdidas de energía
• Termocompresor en condiciones pobres
• Sifones Rotatorios superdimensionados = mucho vapor de
arraste
• Uso de vapor motriz es alto
– Concepto de la Reforma
• Reducir el tamaño del sifón para reducir el vapor de arraste
– Costo del sifón estacionario puede no ser justificado
• Cambiar termocompresores con problemas
• Utilizar termocompresores de alta eficiencia

20. Comparación caso histórico
6quot; TC Projection by CFD Analysis
at Pm=390, Ps=108, Pd=120
Note: This unit is sized for Pm=390, Ps=13, Pd=30 @ 8500 PPH as well.
20000 Pressures In Psia
Kadant Johnson
18000
16000
14000
PPH Suction
Design A
12000
Design flow
10000
Design flow
8000 Design B
6000
4000 Traditional North American
2000
0
0 2000 4000 6000 8000 10000
PPH Motive

21. Comparación de costos de operación
• El termocompresor Kadant Johnson tiene una economía en los costos
– En promedio los termocompresores de Kadant utilizan 1.930 kg / hr
menos vapor motriz (total de 06 TC)
– El valor del vapor motriz de la planta es $2,51 / 1.000 lbs costo
• El costo de compra de energía es alta en esta planta
– $86.000 por año de economía en los costos de operación comparado con
los termocompresores tradicionales
• Gerenciamento del control de presión diferencial
– Con óptima presión diferencial se espera un resultado de 5% de
economóa y vapor motriz = 900 pph = $18,000 por año en economía
– Reducir el alivio en quiebres = $20.000 por año
• Economíia total proyectada
– $576.400 por año con reducción de vapor para atmósfera
– $86.000 por año con termocompresores de alta eficiencia
– $38.000 por año con gerenciamento del control de presión diferencial

22. Termocompresores Tipo
BOOSTER
22

23. Termocompresores tipo Booster
• 2 aplicaciones principales
– Aumentar presión en grupos de secadores
• Secadores usados solamente con baja presión de vapor cuando
la presión de diseño de los secadores están abajo de la presión
del header
• Termocompresores tipo Booster aumentan la presión de los
grupos de vapor cuando presiones arriba de la presión del
header son necesarias
– Termocompresores tipo Booster usan un poco de presión de
vapor de baja para ser usada cuando presiones altas son
necesarias
– Aumentar la presión del colector principal para la MP entera
• Usada cuando alta presión es necesaria en la mayoría de las
operaciones

24. Sistema de Termocompresor Tipo Booster
Sistema típico de
Termocompresor
Booster

25. Máquina de Papel Fino con TC tipo
Booster

26. Termocompresor tipo Booster
• Es posible aumentar la presión de un gran volumen de
vapor de baja presión
– En algunos casos, existe una justificación económica para
aumentar la presión del header completo de la máquina
• Ejemplo
– Máquina Russa de Papel Copia
– 5,3 bar en la descarga de la turbina de la caldera
– En la máquina de papel necesitan 6,2 bar
– 100.000 kg / hr flujo de vapor total para a MP
– 12 bar vapor motriz disponible
– TC tipo Booster instalado en caldera para aumentar la presión del
flujo total
• 54.500 kg / hr vapor de succión de 5,3 bar
• 45.500 kg / hr vapor motriz de vapor 12 bar
• Payback en aumento de generación de energía eléctrica por poder
adicionar 54.500 kg / hr a través de la turbina

27. Termocompresor tipo Booster
20” TC Russo
24” TC
Colombia

28. Sumario
• Los Termocompresores son herramientas de energía eficientes que
pueden ser usadas para control de secadores y aplicaciones de
aumento de presión
• El correcto dimensionamento es crítico para la performance
– Previsión precisa de los flujos de operación y presiones
– Casar las curvas del sifón con la performance del Termocompresor
– No Sobredimensionar
– Aumento del vapor motriz
– Control pobre
– Si cambiamos los sifones rotatorios para estacionarios tenemos que
cambiar los termocompresores
• Geometría de los TC es crítica para obtener la mejor eficiencia
– Un termocompresor con geometría pobre va a trabajar pero con un alto
consumo de vapor motriz (alto costo)
– El modelo CFD es una buena herramienta para optimizar la geometría

29. Termocompresores
Diseño , Operación y
Consideraciones Energéticas
FIN
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