**Departamento de Engenharia Química Integração e Intensificação de Processos 27/2/2019 **
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Docente: Professor Doutor Nuno Oliveira
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Elementos do Grupo:
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José Francisco Costa de Ascensão 2014225823
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Josemar Frei Satato Mateia 2014236454
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Cilindro Yankee
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Introdução
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O Cilindro Yankee, um dos equipamentos mais importantes da Tissue Machine (TM), e o “coração” (jornal) desta, é um vaso pressurizado, aquecido a vapor que vai secar as folhas de papel provenientes do formador (42–45% para 89% de secura). Possui na sua constituição uma prensa, um spray de adesivos e um *Crep Blade*. [1] Possui um diâmetro de 6 a 7 metros e opera a grandes pressões e temperaturas que causam expansão térmica deste e tensões altas nos anéis internos dos rolamentos. A performance do cilindro é afetada por alguns parâmetros tais como a secagem e a qualidade da folha. [3]
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Enquadramento Histórico
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O uso do Cilindro Yankee começa ainda no século 19, em 1820, onde se usou pela primeira vez de ferro fundido aquecido por chama. Em 1850, dá-se início ao uso de vapor aquecido para os secadores. Posteriormente em 1910, os cilindros possuem diâmetro de 10 ft e é pressurizado numa gama de 0 a 30 psig. Em 1950, Beloit descobre e introduz involucro com nervuras internas e nesse mesmo ano, aumenta o diâmetro (16 ft) e passa a ter secadores de aço soldados. Continuamente, em 1960, os cilindros passam a ter o diâmetro maior (18 ft) e vapor sobreaquecido a uma pressão maior (160 psig). Continuamente, existe uma melhoria na tecnologia a ser aplicada no cilindro. Em 2000, o material de construção difere do normal passa a ser de aço com nervuras. [4]
Figura 1 – Componentes interno do Cilindro Yankee [5] Figura 2 – Elementos associados ao Cilindro [2]
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Como foi referido anteriormente, o cilindro possui uma prensa, um spray de adesivos e um *Crep Blade.* Na verdade, pode-se ter uma, duas prensas ou prensa de sapata. No caso do primeiro, potencia maior *bulk* e maior lisura do. No caso de duas prensas, papel tem-se maior área de capota, mas maior desaguamento nas prensas. E ainda se pode ter prensa em sapata, maior *bulk* e maior capacidade de produção. [6] Posto isto, um outro elemento importante é um spray de adesivos, que permite fixar o papel à superfície. Usa-se um agente químico, com uso de polímero à base de poliamida que irá cobrir a superfície do cilindro a medida que vai rodando. Este composto tem propriedades adesivas. O outro composto usado é uma agente libertação como óleo mineral ou vegetal que melhora a remoção do papel da superfície do cilindro. Ainda se poderá adicionar modificadores que podem tornar o revestimento mais macio, rígido ou para melhorar efeito proteção do cilindro. [7]. Por fim vem a crepagem do papel, recorrendo a uma lâmina. A crepagem tem o objetivo de remover o papel do cilindro e resulta numa oscilação da lâmina ao longo do cilindro quente dando-lhe textura e volume. [2]
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Relativamente ao material usado para a construção do cilindro o mais usado e o melhor é de ferro fundido tendo como vantagem ser relativamente barato, uniformidade, boa estabilidade térmica assim como resistência adequada de desgaste e corrosão e baixa rugosidade (~0,1 μm) [2]. Outra vantagem é ter elevada condutividade térmica de modo a aderir a folha seca. Por outro lado, possuem desvantagens ser muito frágil e, portanto, pode ocorrer falhas súbitas e de modo extensivo. Assim a falha, em vez de ser pequena, pode ocorrer fratura rápida com consequências perigosas. [8] Para além destes problemas, as dimensões do cilindro traduzem em inconveniência relativamente à eliminação dos condensados. Para resolver esta questão usa-se termocompressores para auxiliar a saída desse mesmo condensado. [7] [9]
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A figura seguinte representa o Dryer Hood do cilindro Yankee, ou seja, onde se dá a circulação dos gases no cilindro e de onde provém.
Figura 4 – Representação das diferentes driving-forces ao longo das camadas do cilindro [6]
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No cilindro, ocorrem dois tipos de diferentes transferências de calor: por condução e por convecção. Durante a ocorrência de transferência de calor ao longo das camadas existem diversas resistências como a do filme no condensado (as), na parede do cilindro (lc/ dc) e interface papel/cilindro (ak). Em estado estacionário, a quantidade de calor que sai do vapor condensado, ou seja, fluxo, vai para o ar envolvente (ambiente). [6]
fp - fração da superfície do cilindro em contacto com a folha [6]
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Existem diversos fatores de que depende a transferência de calor no cilindro entre eles o filme condensado, condições de interface cilindro/papel com o filme de ar pelo meio, temperatura dentro do cilindro que tem influência no vapor do condensado e por fim afetada também pela temperatura de ar de ventilação. [6]
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A superfície do cilindro é critico para a produção do papel tissue e mesmo marcas mínimas nesta, podem prejudicar a teia, que posteriormente diminuem a qualidade do papel e para diferentes degradações existem diferentes tratamentos como polir a superfície e usar um revestimento térmico. [11]
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Eficiência energética
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A melhor maneira de se economizar energia no uso de um cilindro Yankee é reduzir as necessidades e utilizar equipamentos para reutilizar Para tal usam-se algumas técnicas como: o isolamento Yankee Head, Yankee Hood e a otimização do sistema de ar, para a redução do consumo de energia, e um Sistema de recuperação de calor e um gerador de vapor de calor residual para tratar as perdas de calor. [10]
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**Redução de utilidades**
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No caso do Yankee Head, a redução de energia é através do isolamento, que por sua vez diminui o consumo de vapor que contribui para melhoria da segurança e do ambiente, permitindo uma poupança de energia em 5 – 10%.
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Na otimização do Yankee Hood, ocorre redução de forma imediata de consumo de energia envolvendo controlo do sistema recuperação de energia, sistema do queimador e otimização da distância entre o Cilindro Yankee e o Yankee Hood. [10]
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**Tratamento das perdas**
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O Sistema de recuperação de calor economiza energia aproveitando o calor de exaustão encontrado na Yankee Hood.
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O Gerador de vapor residual de calor é uma solução inovadora e ambientalmente eficiente para recuperar o calor a partir do ventilador do Yankee usado para gerar vapor, vapor este que pode ser gerado a uma pressão intermediária entre o secador Yankee e os níveis da linha principal. As consequências do uso de tal gerador são uma produção maximizada do vapor ao sempre manter a velocidade necessária do vapor do sopro através da qual pode se aumentar a produção do vapor significativamente. [10]
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1. -*Paulapuro, Hannu (2000). "3". Paper and Board grades. Papermaking Science and Technology*
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1. –Apresentação Ciências e Tecnologia do Papel “Enrico Galli – General aspects and highlights about tissue paper world\_2018”
**Departamento de Engenharia Química Integração e Intensificação de Processos 27/2/2019 **
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Docente: Professor Doutor Nuno Oliveira
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Cilindro Yankee
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O Cilindro Yankee, um dos equipamentos mais importantes da Tissue Machine (TM), e o “coração” (jornal) desta, é um vaso pressurizado, aquecido a vapor que vai secar as folhas de papel provenientes do formador (42–45% para 89% de secura). Possui na sua constituição uma prensa, um spray de adesivos e um *Crep Blade*. [1] Possui um diâmetro de 6 a 7 metros e opera a grandes pressões e temperaturas que causam expansão térmica deste e tensões altas nos anéis internos dos rolamentos. A performance do cilindro é afetada por alguns parâmetros tais como a secagem e a qualidade da folha. [3]
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Enquadramento Histórico
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O uso do Cilindro Yankee começa ainda no século 19, em 1820, onde se usou pela primeira vez de ferro fundido aquecido por chama. Em 1850, dá-se início ao uso de vapor aquecido para os secadores. Posteriormente em 1910, os cilindros possuem diâmetro de 10 ft e é pressurizado numa gama de 0 a 30 psig. Em 1950, Beloit descobre e introduz involucro com nervuras internas e nesse mesmo ano, aumenta o diâmetro (16 ft) e passa a ter secadores de aço soldados. Continuamente, em 1960, os cilindros passam a ter o diâmetro maior (18 ft) e vapor sobreaquecido a uma pressão maior (160 psig). Continuamente, existe uma melhoria na tecnologia a ser aplicada no cilindro. Em 2000, o material de construção difere do normal passa a ser de aço com nervuras. [4]
Figura 1 – Componentes interno do Cilindro Yankee [5] Figura 2 – Elementos associados ao Cilindro [2]
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Como foi referido anteriormente, o cilindro possui uma prensa, um spray de adesivos e um *Crep Blade.* Na verdade, pode-se ter uma, duas prensas ou prensa de sapata. No caso do primeiro, potencia maior *bulk* e maior lisura do. No caso de duas prensas, papel tem-se maior área de capota, mas maior desaguamento nas prensas. E ainda se pode ter prensa em sapata, maior *bulk* e maior capacidade de produção. [6] Posto isto, um outro elemento importante é um spray de adesivos, que permite fixar o papel à superfície. Usa-se um agente químico, com uso de polímero à base de poliamida que irá cobrir a superfície do cilindro a medida que vai rodando. Este composto tem propriedades adesivas. O outro composto usado é uma agente libertação como óleo mineral ou vegetal que melhora a remoção do papel da superfície do cilindro. Ainda se poderá adicionar modificadores que podem tornar o revestimento mais macio, rígido ou para melhorar efeito proteção do cilindro. [7]. Por fim vem a crepagem do papel, recorrendo a uma lâmina. A crepagem tem o objetivo de remover o papel do cilindro e resulta numa oscilação da lâmina ao longo do cilindro quente dando-lhe textura e volume. [2]
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Relativamente ao material usado para a construção do cilindro o mais usado e o melhor é de ferro fundido tendo como vantagem ser relativamente barato, uniformidade, boa estabilidade térmica assim como resistência adequada de desgaste e corrosão e baixa rugosidade (~0,1 μm) [2]. Outra vantagem é ter elevada condutividade térmica de modo a aderir a folha seca. Por outro lado, possuem desvantagens ser muito frágil e, portanto, pode ocorrer falhas súbitas e de modo extensivo. Assim a falha, em vez de ser pequena, pode ocorrer fratura rápida com consequências perigosas. [8] Para além destes problemas, as dimensões do cilindro traduzem em inconveniência relativamente à eliminação dos condensados. Para resolver esta questão usa-se termocompressores para auxiliar a saída desse mesmo condensado. [7] [9]
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A figura seguinte representa o Dryer Hood do cilindro Yankee, ou seja, onde se dá a circulação dos gases no cilindro e de onde provém.
Figura 4 – Representação das diferentes driving-forces ao longo das camadas do cilindro [6]
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fp - fração da superfície do cilindro em contacto com a folha [6]
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Existem diversos fatores de que depende a transferência de calor no cilindro entre eles o filme condensado, condições de interface cilindro/papel com o filme de ar pelo meio, temperatura dentro do cilindro que tem influência no vapor do condensado e por fim afetada também pela temperatura de ar de ventilação. [6]
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A superfície do cilindro é critico para a produção do papel tissue e mesmo marcas mínimas nesta, podem prejudicar a teia, que posteriormente diminuem a qualidade do papel e para diferentes degradações existem diferentes tratamentos como polir a superfície e usar um revestimento térmico. [11]
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A melhor maneira de se economizar energia no uso de um cilindro Yankee é reduzir as necessidades e utilizar equipamentos para reutilizar Para tal usam-se algumas técnicas como: o isolamento Yankee Head, Yankee Hood e a otimização do sistema de ar, para a redução do consumo de energia, e um Sistema de recuperação de calor e um gerador de vapor de calor residual para tratar as perdas de calor. [10]
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No caso do Yankee Head, a redução de energia é através do isolamento, que por sua vez diminui o consumo de vapor que contribui para melhoria da segurança e do ambiente, permitindo uma poupança de energia em 5 – 10%.
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Na otimização do Yankee Hood, ocorre redução de forma imediata de consumo de energia envolvendo controlo do sistema recuperação de energia, sistema do queimador e otimização da distância entre o Cilindro Yankee e o Yankee Hood. [10]
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O Sistema de recuperação de calor economiza energia aproveitando o calor de exaustão encontrado na Yankee Hood.
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O Gerador de vapor residual de calor é uma solução inovadora e ambientalmente eficiente para recuperar o calor a partir do ventilador do Yankee usado para gerar vapor, vapor este que pode ser gerado a uma pressão intermediária entre o secador Yankee e os níveis da linha principal. As consequências do uso de tal gerador são uma produção maximizada do vapor ao sempre manter a velocidade necessária do vapor do sopro através da qual pode se aumentar a produção do vapor significativamente. [10]
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