1. Diseño de Sistemas de Drenaje de Secadores
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2. Sistema Moderno de Drenaje
• Requerimientos
– Controlar presiones en secadores sobre un amplio rango operativo
– Alta transferencia de calor
– Perfil de humedad uniforme
– Sin secadores inundados
– Controlar calidad de hoja en zona húmeda (picking, cockle,
sticking, etc)
• Graduación de secadores de acuerdo a calidad de grados de papel
– Asegurar alta eficiencia de energía
• Pérdidas menores a 2%
• Evaporación de 1,2 kgs de vapor por kg de agua
– Rápido ajuste a quiebras de hoja, cambio de gramajes, etc
– Operación simple
• Sistemas complejos requieren lógica de control para asistir a
operadores
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3. Selección de Sifón
3

4. Diseño y Selección de Sifón
• Una función primaria del SV&C es manejar y usar el
vapor de arrastre
• Seleccionar el tipo y tamaño de sifón es el paso más
importante para diseñar un SV&C
– La selección del sifón debe considerar un bajo flujo de vapor
de arrastre
• Sifones estacionarios – con orificios con tamaño correcto (placas
de orificio)
• Sifones rotatorios – correctamente dimensionados
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5. Definiciones
Entrada de vapor
Presión Diferencial ( P)
• Diferencia de presión entre la
presión de vapor de entrada y la
presión del condensado a la salida.
• La presión diferencial crea flujo
Vapor de arrastre
• Vapor no condensado en el secador.
Condensado y vapor
• El vapor de arrastre acarrea al
de arrastre
condensado fuera del secador.
% Vapor de arrastre (VA)
•Masa de vapor de arrastre como porcentaje del vapor condensado
dentro del secador (Kgs VA / Kgs Condensado x 100)
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6. Tipos de sifones
• Sifón Estacionario
– Sifón no se mueve
– Secador rota alrededor del sifón
• Sifón Rotatorio
– Fijado a la pared del secador
– Sifón rota con el secador
6
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7. Video de Sifón Estacionario
7
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8. Cálculo de Sifón Estacionario
• Cálculo menos crítico que el rotatorio
• Diseño típico
– P 2 to 4 psi (.15 to .3 bar)
– Vapor arrastre 8 to 10% de carga de condensado
• Puede ser tan bajo como 5% o tan alto como 20%
• Vapor arrastre puede ser ajustado a la curva de secado con
orificios externos (placas de orificio)
• P generada fácilmente
• Vapor de arrastre es fácilmente manejado
• Eficiente remoción de condensado
– No hay inundación aunque hayan secadores operando fuera del
punto óptimo.
8
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9. Curva de Sifón Estacionario
Estacionario Kadant Johnson – 635 kg / hr – 3.45 bar
8
.55
7
.48
Placa de orificio de 23
Presión Diferencial (bar)
mm en la línea de
6
.41 Curva de
condensado
diseño
5
.35
4
.27
3
.20
.14
2 Sin placa de orificio en
la línea de condensado
.07
1
0
0 5 10 15 20 25 30
Vapor de arrastre, % carga de condensado

10. Sifones Estacionarios
• Ventajas
– Menor inundación en secadores
Menor ΔP y vapor de arrastre
–
– Buenos en altas velocidades
– Buenos para operación en bajas
presiones
– Ideal para secadores accionados por
paño
– Menores tamaños de cañerías
– Necesita menor vapor motriz
• Desventajas
– Requiere montaje rígido para las
juntas rotatorias
– Largo soporte para sostener el tubo
– Requiere de barras para uniformar
transferencia de calor sobre 350 mpm
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11. Sifón Rotatorio
Entrada de Vapor
Condensado y
vapor de arrastre Vapor de arrastre
acarrea y remueve el
condensado
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12. Video de Sifón Rotatorio
12
Dryer Drainage System Design

13. Curva de Sifón Rotatorio
Sifón rotatorio HDRS - 790 mpm x 727 kg/hr x 3.45 bar
14
1.0
Punto de Sifón 19 mm
recuperación de
12
.83
inundación
Presión diferencial (bar)
10
.69
Sifón 23 mm
8
.55
6
.41
22% VA a 0.62 bar DP
.27
4
2
.14
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Vapor arrastre (VA), % de Carga condensado

14. ΔP Sifón Rotatorio
.83
ΔP de recuperación de
inundación
.69 (Sin orificio aspirador)
Presión Diferencial (bar)
.55
Diferencial objetivo
(Sifón aspirado)
.41
.27
.14
0
60 180 305 425 550 670 790 915
Velocidad Máquina
(mpm)

15. Sifones Rotatorios
• Ventajas
– Alta confiabilidad mecánica
– Permite menor luz
– Alta eficiencia de transferencia
de calor
• Desventajas
– Alta ΔP y alto vapor de arrastre
• DP es función de la velocidad
– Mayor velocidad = mayor dp
• Vapor de arrastre puede estar entre 20% to 50%
– Tamaño de sifón es crítico
– Propensos a inundaciones a altas velocidades
– Difícil control a bajas presiones
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Dryer Drainage System Design

16. Diseño de Sistemas
Cascada
Termocompresor
Combinación
16

17. Cual es el mejor diseño de sistema?
• ¿Termocompresor?
• ¿Cascada?
• ¿Combinado?
• ¿Control de flujo por vapor de arrastre?
• ¿Control por presión diferencial?
• ¿Cuánta humedad en graduación del secador?
• ¿Condensador de vacío?
• ¿Control DCS?
• ¿Sistema de Manejo de Secado DMS?
No hay un “mejor” sistema. Cada sistema debe
ser diseñado para las condiciones de operación
de la máquina y la estructura de planta.
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Dryer Drainage System Design

18. Factores a considerar
Requerimientos de gramajes y calidad.
Requerimientos de capacidad de secado y producción
Rango de presión de operación
Requerimiento de caida de presión en zona húmeda
Graduación de presión
Presión de vapor disponible (motriz y recuperación)
Costo de vapor motriz y recuperado
Tipo de sifones
Velocidad de máquina
Equipos y piping existente que sea reutilizable
Operación de fácil uso
Justificación de proyecto y costo del sistema
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19. Modernos Diseños de Sistemas
• Máquina dividida en “Tres Zonas”
– Zona de calidad
• Secadores de zona húmeda capaces de operar a bajas presiones
• Control of picking, cockle, & runnability
• Drenaje consistente
– Zona de transición
• Grupos de presión más pequeños para mejorar graduación de
presiones
• Puede permitir altas presiones si la calidad de hoja y runability lo
permiten
• Debe ser capaz de reducir presión para maximizar el retorno del
sistema
– Zona de producción
• Maximas presiones para maximizar producción
• Capaz de bajar a bajas presiones cuando sea necesario
• Grupos de presión más grandes
• Grupos de presión deben coincidir con los de accionamiento
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Dryer Drainage System Design

20. Sistemas de Cascada
20

21. Sistema de Cascada Simple
Vapor
Zona Húm Grupo Inter- Grupo Principal
(15% de medio (25%
(60% de Secadores)
Secadores) de Secadores)
Vàlvulas de
Venteo
Abren sólo en
quiebras de Hoja
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22. Zona de Transición
Zona de Calidad Zona de Producción
Válvulas adicionales que proveen
control de presión a grupos líderes
Vapor flash utilizado
Típico Sistema
en secadores de baja
Moderno de Cascada
presión en zona
húmeda
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23. Zona Transición
Zona de Calidad Zona Producción
-0.7 bar
0.7 to 5
bar rango
de
operación
Sistema de Cascada
LWC
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Dryer Drainage System Design

24. Zona de Producción Zona de Calidad
Sifones Estacionarios y
Sistema de Manejo Necesarios
Sistema de Cascada
Modificado para Máquina
de Papel Fotocopia
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Dryer Drainage System Design

25. Sistemas de Cascada
• Ventajas
– No requiere vapor motriz, costo de operación puede ser menor si
costo de vapor motriz es más alto
– Buena eficiencia de energía
– Se adapta mejor a sifones estacionarios cuando las dP son bajas
– Se puede eliminar bombas de condensado en muchas secciones
y el condensado trasladado en cascada a través del sistema
– Costo de instalación puede ser menor
• Piping más simple
• No hay termocompresores, valvula de alivio, menos bombas, etc
• Línea de vapor motriz
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26. Sistemas de Cascada
• Desventajas
– Más difícil de operar
• Seteo crítico de presión y presión diferencial
• Dificultades pueden minimizarse con lógica de control
– Más difícil de controlar
• Fuerte interacción entre control de grupos
• Larga recuperación ante quiebras de hoja
– Sistema de caida de presiones es limitado por el diseno de la
cascada
• Se adapta mejor a sifones estacionarios cuando las dP son bajas
– Presiones del sistema no pueden ser maximizadas
• Capacidad reducida en máquinas de cartulinas
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27. Sistema con Termocompresores
27

28. Componentes del Termocompresor
Entrada
Actuador Vapor Motriz Descarga de
Vapor Motriz
Aceleración de
mezcla a alta
velocidad
Expansión
para
descargar a
Entrada de
presión del
Succión de
secador
Vapor
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Dryer Drainage System Design

29. ¿Cómo trabaja?
• La presión del vapor motriz es reducida mientras la boquilla abre
– Velocidad aumenta mientras presión es reducida
• Momento de intercambio mientras el vapor motriz a alta
velocidad se mezcla con el vapor succionado
• Mezcla adquiere alta velocidad en la garganta
• La velocidad de la mezcla es lentamente reducida en el difusor
– Energía de la velocidad es convertida en presion
• Presión de descarga es más alta que la de succión inicial.
• No hay perdida de energía calórica en el proceso
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30. Tipica Sección con Termocompresor
Vapor Motriz
Vapor de
Selector de señal de Alta
Relleno
de baja
50-100%
0-50% A/O
A/O
Steam Group
Válvula
Separador
Venteo
50-100%
A/O
Retorno Condensado
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31. Zona de Transición Zone de Producción
Zona de
Calidad
Opción de Bombas depende de preferencias de Planta
Típico Sistema con
Termocompresores
31
Dryer Drainage System Design

32. Zona de Produccion Todos los Secadores
Opción de Bombas dependiendo de preferencia de Planta
Sistema de Máquina de
Cartulina
32
Dryer Drainage System Design

33. Sistema con Termocompresores
• Ventajas
– Operación muy flexible, todas las secciones independientes
• Presiones & presiones diferenciales varían independientemente
– Sistema más fácil de usar y entender
– Amplio rango de operación posible
• Posible diseñar para operar con todos los grupos principales a
presiones entre 5 psig y 100 psig sin venteo
– Maxima presión a secadores en todas las secciones
• Gran ventaja en máquinas de cartulinas para maximizar producción
– Buena eficiencia de energía
– Buen control de humedad
– Grupos de presión coinciden con grupos de accionamiento
– Mínimo venteo en quiebras de hoja con control de flujo de vapor de
arrastre
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Dryer Drainage System Design

34. Sistema con Termocompresores
• Desventajas
– Necesita fuente de alta presión de vapor motriz
• Vapor motriz es más caro
• Vapor motriz debe tener alta presión
• Más caro transportar vapor de alta desde caldera a la máquina
– El “choking” del termocompresor puede ser una consideracion si
operado fuera del rango de presion de la PM
• Problema minimizado con la correcta especificacion del
termocompressor y control del vapor de arrastre
– Normalmente más caro de instalar (vapor motriz para
termocompresores, válvulas de alivio, etc).
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Dryer Drainage System Design

35. Métodos de Control
35

36. ¿Qué Tipo de Control es Mejor?
• Control de Presión Diferencial
• Control de Flujo de Vapor de Arrastre
• Control de Presión Diferencial Manejado
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37. Presiones Diferenciales Manejadas
• Velocidad de máquina, carga de condensación y Cv de sifón, usadas para
calcular correctas presiones diferenciales y vapor arrastre en línea
• Condiciones de máquina ajustadas a curvas de sifón
• P está siempre sobre punto de inundación para sifones rotatatorios
• P variada para sifones estacionarios
Bajas P a bajas presiones ayuda a recuperación de sistema
Altas P a altas presiones aseguran drenaje
P en quiebras de hoja reducen el flujo de vapor de arrastre y
• Reducidas
previenen el venteo
• Minima presión diferencial para prevenir secadores inundados en
quiebras de hojas
• Mantiene el sistema estable
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Dryer Drainage System Design

38. Control de Presión Diferencial Manejado
15
20 psig - 2,050 pph
14 2,350 fpm 75 psig - 2,935 pph
Flood Recovery Point 1,500 fpm
13 On Light Weight Grades
12
11 Operating Differential Pressure
Differential Pressure (psi)
La correcta dp para
On Light Weight Grades
10
todas las condiciones
9
8
7
Operating Differential Pressure
6
On Heavy Weight Grade
5
4
3
Rotary Syphon Controlled
2 Using Managed Differential
Pressure Control
1
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Blowthrough Flow (% Condensing Load)
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Dryer Drainage System Design

39. Beneficios del MDPC
• Elimina inundación de secadores por malas dP o flujo de vapor de
arrastre
• Minimiza consumo de energía y pérdidas de vapor
– No hay venteo = importantes ahorros en algunas máquinas
• Menores pérdidas de vapor en quiebras de hoja y parada de máquina
– Normalmente justifica la inversión por si solo
• Minimiza uso de vapor motriz caro en termocompresores
– Puede ser significativo si el costo de vapor es alto
• Elimina necesidad de ajuste por operador
• Fácil de usar y entender para operadores
• El vacío del condensador es mantenido durante quiebras de hoja
• Reducción de erosion en piping y equipos
• Puede ser implementado con equipos y control existentes
• No necesita instalar instrumentación adicional o hacer cambios al
sistema.
• Puede ser implementado para los secadores de sección húmeda
donde el control de vapor de arrastre no puede ser aplicado
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Dryer Drainage System Design

40. Principios de Diseño de Sistemas
40

41. Diseño de Sistemas Modernos
• “Amplio” rango de operación
– Nunca cerrar secadores
• Sifones estacionarios permiten las menores presiones
• Mayores niveles de vacíos
• Baja presión en zona húmeda (-0,5 Bar)
• Control/Manejo de presión
– Bajas presiones en zona húmeda en gramajes sensibles a calidad
• -0,5 bar requerido en algunos gramajes
• Mantener control de condensador en quiebras de hoja para evitar
inundaciones.
– Maximiza capacidad de producción
• Mayor “zona productiva”
• Minimiza vapor de arrastre para permitir una mayor zona productiva
• Secadores de zona de transición aceptan alta presión si calidad lo
admiten
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Dryer Drainage System Design

42. Diseño de Sistemas Modernos
• Control/Manejo de presión del sistema
– Presiones “supervisadas” por la lógica de control
– Necesesario para ejecutar el más amplio rango de operación
• Ajustado control de presión necesario para operar a las presiones más
bajas posibles
• Máximas presiones y producciones aseguradas
– Operadores no “correm seguros”
– Mantiene el sistema balanceado para alta eficiencia de energía
– Permite eliminar bombas de muchos separadores
– Manejo de presiones durante quiebras de hojas y cambio de
gramajes reduce las pérdidas de papel
– Permite operación de fácil uso
• Operadores no necesitan setear presiones
42
Dryer Drainage System Design

43. Diseño de
Termocompresores/Cascada
con Control DMS
43
Dryer Drainage System Design Todas las Secciones con Vacío

44. Diseño de Sistemas Modernos
• Minimiza vapor de arrastre para mantener sistema en
balance
– Menos flujos de vapor de arrastre dan una mejor operación
• Sifones estacionarios altamente preferidos
• Placas de orificio restringen vapor de arrastre para mantener curva de
secado
– Tasa de vapor de arrastre de 8 a 12% en toda la máquina
• Control de Presión Diferencial Dirigido
– Presión diferencial optimizada a la operacion de la máquina
– Minimiza pérdidas en cañerías
• Tamaños de cañerías reducidos
• Erosión en cañerías reducidos
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Dryer Drainage System Design

45. Diseño de Sistemas Modernos
• Nivel Alto y Consistente de Vacío
– Pérdidas en condensador minimizadas
– Baja de diferencial en quiebras de hoja para mantener el vacío
– Juntas de vapor de zona húmeda capaces de manejar alto vacío si
no hay fugas de aire.
– Cañerías ajustadas sin pérdida de aire
– Vortec vacuum generator for “deep vacuum” service
• Condensador “Dirigido”
– Minimiza consumo de agua
– Control de temperatura de agua para estabilizar el sistema de
agua caliente
– Nivel de vacio controlado con purga de aire a la bomba de vacio
– Nivel de vacio varía dependiendo de la diferencial necesaria en los
secadores de zona húmeda
• Grandes vacios usados sólo con presiones bajas en zona húmeda
– Monitoreo de pérdidas de energía
• Usado para controlar & manejar la energía de secado total usada
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Dryer Drainage System Design

46. Diseño de Sistemas Modernos
• Alta eficiencia de energía
– Utilizar todo el calor del condensado en alta temperatura
• Retornar el condensado a la caldera a baja temperatura
• Cascada de condensado en el sistema para usar vapor flash en
secado
• Usar calor en el sistema PV si es necesario
– Minimizar pérdidas hasta el condensador
• Pérdida al condensador de 1,5% a 3% como meta
• Minimizar el vapor de arrastre para mantener el sistema ajustado
• Controlar el sistema para eliminar venteos
• Minimizar los secadores descargando directo al condensador
• Minimizar pérdidas de vapor de arrastre en secadores de zona
húmeda
– Sifones estacionarios
– Placas de orificios en líneas de condensado
– Válvulas de control de presión diferencial
– Control de presión diferencial dirigido
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Dryer Drainage System Design

47. Consumo de Energía en Secador
47

48. Costos de Producción
Mano
de
Obra
32%
Químicos
Energía
37%
Fibra
24%
Temanex TN-04-419 July 2004 for 2003
48
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49. Referencias de uso de vapor en secado
kg vapor / kg kg vapor / kg kg vapor / kg
agua papel papel
evaporada (sin size press) (con size press)
Vapor usado en drenaje 1,13 to 1,20 1,2 to 1,7 2,0 to 2,4
de secadores
Vapor usado para calentar 0,18 to 0,20 0,18 to 0,30 0,3 to 0,4
aire para capota
% pérdida de energía < 2% < 2% < 2%
al condensador o
atmosfera
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Dryer Drainage System Design

50. Consumo de Energía en Secador
kJ / kg Agua Evaporada
Buen Bajo
Consumidor de Energía
Rendimiento
Rendimiento
Calentamiento de Hoja 240 300
Evaporación 2.300 2.300
Calentamiento de Aire 420 800
Trampeo de no-condensables 60 350
Venteo al Condensador 0 1.200
TOTAL 3.020 4.950
50
Dryer Drainage System Design

51. 5 Reglas para Eficiencia de Energía en Secado
1) Mantener el sistema ajustado
2) Utilizar eficientemente el vapor flash del
condensado a alta temperatura
3) Maximizar el uso de vapores de baja presión
4) Minimizar el calor para calentar aire para
capota
5) Controlar el sistema
51
Dryer Drainage System Design

52. Mantener el Sistema Ajustado
• Mantener el sistema “ajustado”!!!!
– No ventear al condensador o a la atmósfera.
• Válvulas de control diferencial cerradas.
• Controlar purga de no-condensables.
– Mantener bajo el flujo vapor de arrastre.
• Sifón estacionario o sifones rotatorios bien dimensionados.
• Sifones rotatorios sobredimensionados son un problema.
– Presiones diferenciales apropiadas
• Presiones diferenciales excesivas son comunes
• “Más es mejor” no es la mejor manera de operar
– Correctos tamaños de cañerías & diseño de equipos
• Una de las razones frecuentes por las que se usan altos diferenciales
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Dryer Drainage System Design

53. Usos de Vapor Flash
Uso de Vapor Flash Ranking
En secadores de baja presión Mejor
Precalentado de aire para bolsillos de ventilación Bueno
Duchas de vapor de zona húmeda o de Bueno
formación
Duchas de agua caliente en máquina Generalmente pobre
Machine silo Generalmente pobre
Descarga a la atmósfera Inaceptable
(maquina o caldera)
53
Dryer Drainage System Design

54. 165 Psig Matriz
65 Psig Matriz
Ejemplo de Sistema de
Máquina de Papel Fino
(After Section Not Shown For
Vapor Flash Usado en
Clarity)
54 Secadores de Zona
Húmeda
Dryer Drainage System Design

55. Flash Steam To
PV Preheat Coils
55
Dryer Drainage System Design

56. Utilización de Vapores Flash
Make-up Steam
From Low Pressure
Header
Moisture
High Temperature Condensate
Eliminator
FT
TT PT
From Individual Separator Stations
To Wet End Steam
Shower T
1
Atmos.
PT
Alternatively
Steam Can Be LT
Flashed Into A
Vapor Flash en
Low Pressure Header
Duchas de Vapor
en Zona Húmeda
56
Dryer Drainage System Design

57. Maximización de Bajas Presiones
• Minimizar uso de vapor de alta presión.
(Plantas con turbinas de generación)
– Uso de vapor motriz de baja en termocompresores
• Sifones estacionarios con baja necesidad de vapor de arrastre y dP
• Operación con adecuadas presiones diferenciales
• Evitar bloqueo del termocompresor
• Mantener el termocompresor en bueno condición de operación
– Operar fuera del colector de baja presión cuando sea posible
• Secadores de zona húmeda en colectro de baja presión
• Vapor de recuperación desconectado para permitir el uso de baja o
alta presión de acuerdo a demanda.
• Termocompresores tipo booster
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Dryer Drainage System Design

58. Manejo de los Sistemas de Secado
• Manejo de presiones
– Mantiene el sistema balanceado
• Manejo de presiones diferenciales
– Evita un sistema con pérdidas
• Menores presiones diferenciales en quiebras de hoja
– Minimiza venteo de vapor
• Manejo de termocompresores
– Evita “bloqueo” & venteo
• Manejo del condensador
– Minimiza flujo de agua & estabiliza el agua caliente
• Manejo del sistema de la capota
58
Dryer Drainage System Design

59. Diseño de Sistemas de Drenaje de
Secadores
FIN
59