ES2338156T3 - Campana de vahos para una maquina de fabricacion de papel y/o carton. - Google Patents

Abstract

Campana de vahos para una máquina de fabricación de papel y/o cartón, especialmente para la parte de secado de una máquina de fabricación de papel y/o papel, cuya campana comprende una carcasa, limitando una superficie interior de la carcasa de la campana un recinto interior en el que está dispuesta o puede disponerse una zona de proceso de la máquina de fabricación de papel y/o cartón, especialmente la parte de secado de la misma, caracterizada porque en la superficie interior de la carcasa está dispuesto en al menos una zona parcial al menos un sensor de condensación para captar una formación de condensado o una formación de condensado que se está iniciando en esta zona parcial.

Description

Campana de vahos para una máquina de fabricación de papel y/o cartón.

La invención concierne a una campara de vahos para una máquina de fabricación de papel y/o cartón.

Las máquinas de fabricación de papel o cartón presentan partes de secado en las que se seca la banda húmeda de papel o cartón por alimentación de calor de convección o de calor de radiación, usualmente por medio de un secado en cilindros. Para evacuar las altas cantidades de humedad o cargas de humedad del aire, que a veces pueden ser de más de 200 g por kg de aire seco, se utilizan eficientes sistemas de aire para aumentar la seguridad del proceso y para apuntalar de forma óptima el proceso de secado. Sobre la parte de secado de la máquina de fabricación de papel o de cartón se dispone una campana de vahos y se confina así esta zona. A través de la campana de vahos y un sistema de ventilación asociado se evacua el aire húmedo y se le sustituye continuamente por aire más seco recién aportado.

En una campana de vahos de la firma Wiessner GmbH, Bayreuth, conocida por la práctica, las partes de la campana están realizadas en aluminio o bien en acero fino y son atornilladas sobre una robusta construcción de acero galvanizado con un sistema de juntas y también son aisladas con lana mineral de forma estable. En un lado de mando están previstas puertas levadizas con una banda de ventanas. Asimismo, pueden estar previstas una regulación del punto de rocío y también una recuperación de calor del aire de salida de la campana.

En tales campanas de vahos para máquinas de fabricación de papel o cartón es importante el consumo de energía o el consumo de calor primario de la parte de secado de la máquina de fabricación de papel, el cual es más pequeño cuando es más alto el contenido de humedad del aire de salida. Sin embargo, en el caso de un mayor contenido de humedad en la campana de vahos adquiere cada vez más importancia el problema de la precipitación o la condensación de vapor de agua en el lado interior de la carcasa de la campana de vahos, cuyo problema se presenta especialmente cuando la temperatura en la superficie interior de la carcasa es más baja que el punto de rocío o la temperatura de condensación del aire con la respectiva carga de humedad. Este problema de condensación es muy desventajoso y, debido sobre todo a gotas de agua que caigan sobre la banda de papel o cartón, conduce a un deterioro o a una rotura de dicha banda de papel o cartón y, por tanto, lleva a fallos considerables. Además, la condensación conduce también a una corrosión en la campana de vahos.

El problema de la condensación se presenta reforzado en puentes de frío en la zona de la pared o la superficie interior de la carcasa de la campana de vahos, por ejemplo en elementos de rigidización transversal en los paneles de metal o en las ventanas y puertas de la campana de vahos.

La temperatura en la parte de secado es típicamente de alrededor de 100ºC a 120ºC. Debido a las temperaturas relativamente altas en el recinto interior de la campana de vahos se utilizan actualmente metales como aluminio o acero fino en al menos en la superficie interior de la carcasa de la campana y no se emplean plásticos u otros materiales aislantes del calor.

La carga de humedad del aire de salida depende del punto de rocío del aire. Por ejemplo, a un punto de rocío de 60ºC se evacua una carga de humedad de 160 g/kg de aire seco y a un punto de rocío de 72ºC se evacua una carga de humedad de 400 g/kg de aire seco. En una máquina moderna de fabricación de papel se pueden evacuar hasta típicamente 1 Mio. de m^{3}/h de aire de salida a través de la campana de vahos y aproximadamente 100.000 kg de agua/h.

Por este motivo, sería una gran ventaja que se pudiera elevar el punto de rocío en la campana de vahos sin tener que aceptar una excesiva deposición local de condensado y los problemas ligados a ella. Se podría evacuar entonces una mayor cantidad de humedad con una menor cantidad de aire.

Se conoce por el documento DE 33 36 998 C2 un procedimiento de ventilación en partes de secado con carcasa cerrada de máquinas de fabricación de papel, en el que se expulsa aire caliente y húmedo de recintos laterales cercanos de la carcasa de la campana de vahos, con lo que se hace posible aumentar el contenido de humedad y el nivel de temperatura en la zona de los pasillos de circulación de la carcasa y reducir así el secado excesivo de los bordes de la banda de papel y la pérdida de calor en los extremos de los cilindros de secado y, por tanto, mejorar el desprendimiento de calor de la parte de secado. El aire circula por boquillas hacia abajo o bien oblicuamente hacia abajo para salir de canales de aire de la carcasa. El aire se mueve así en el entorno de las paredes laterales y aumenta la temperatura de la superficie de las paredes interiores de la carcasa, con lo que se reduce el riesgo de condensación. El aire expulsado puede ser aire del interior de la carcasa o puede ser parcialmente aire de la carcasa y parcialmente aire de intercambio seco.

Según el documento DE 33 36 998 C2, se impide también condensación cuando la humedad del aire de salida de la carcasa es del orden de magnitud de hasta 200 g/kg de aire seco. En el documento DE 33 36 998 C2 se describe que a una alta carga de humedad de 200 g/kg de aire seco no se puede evitar ya una condensación aumentando el espesor del aislamiento de la pared de la carcasa y que esto puede atribuirse a humedades locales del aire frecuentemente altas o a bajas temperaturas de la superficie que se presentan en puentes térmicos o en sitios no estancos, especialmente en puertas y ventanas de la carcasa. Una eliminación de puentes térmicos y sitios de pérdida requeriría una solución tan cara que ésta no podría ejecutarse en la práctica. En el documento DE 33 36 998 C2 se ha previsto una pared de aislamiento térmico de la carcasa de la campana de vahos con sendas chapas de aluminio de aproximadamente 1 mm de espesor dispuestas en ambos lados y por dentro con un aislamiento térmico de 100 mm de lana mineral. Esta construcción encofrada tiene una alta resistencia al calor de 0,833 m^{2} ºC/vatio, incluidos también los puentes térmicos. Para las ventanas se emplean ventanas de vidrio aislante con planchas de aislamiento de 23 mm de espesor y un espacio de aire de 15 mm de anchura.

Se conocen por el documento DE 699 14 920 T2 un procedimiento y un dispositivo para secar una banda revestida de papel o cartón.

El documento DE 39 25 595 A1 revela un procedimiento y un dispositivo para medir el punto de rocío de gases, especialmente del aire de escape de una campana de secado de una máquina de fabricación de papel. En este caso, se enfría el gas del proceso hasta el punto de rocío con ayuda de un gas frío y luego se determina el punto de rocío sobre la base de luz que es dispersada por la niebla producida. Asimismo, en el documento DE 39 25 595 A1 se describen como estado de la técnica para medir el punto de rocío unos llamados detectores de "espejo de refrigeración" que miden ópticamente una humedad que se deposita sobre un plano pulido como un espejo, o unos sensores de punto de rocío que se basan en la variación de la capacidad o de la resistencia, y también se describen mediciones indirectas del punto de rocío por absorción en espectros de UV o IR o de microondas o bien un procedimiento en el que se emplean emisiones acústicas.

En el documento DD 249 954 A1 se revela un procedimiento para reducir el consumo de energía en una instalación de secado cerrada de una máquina de fabricación de papel por regulación del punto de rocío. Independientemente de diferentes estados del aire exterior y de un programa de clasificación ejecutado en la máquina de fabricación de papel, se logra un estado óptimo del aire de salida específico de la instalación, obtenido por medio de ensayos, con un punto de rocío lo más alto posible por regulación de la cantidad de aire portador, manteniéndose constante la temperatura del aire introducido y reduciéndose la cantidad de aire portador para el transporte de vapor de agua por reducción de la cantidad de aire de entrada y de aire de salida. Mediante un sensor de humedad del aire de salida, que está dispuesto en el canal de aire de salida entre una descarga de la campana de vahos y un ventilador de aire de salida regulable en su número de revoluciones, se mide la humedad absoluta del aire de la campana y, por comparación con un valor nominal de humedad del aire de salida, se regula la humedad del aire de salida al valor nominal mediante una variación de la cantidad de aire de salida.

Se conoce por el documento GB2 102 598 A un procedimiento para aumentar el rendimiento térmico en un sistema secador, especialmente un sistema secador de papel, en el que se evacua aire de salida húmedo con una temperatura de más de 120ºC a través de una tubería de aire de salida.

Se mide el contenido de humedad del aire de salida por medio de un dispositivo de medida en la zona de la tubería del aire de salida y a continuación se regula dicho contenido a un valor que dé como resultado un rendimiento optimizado para el circuito de secado. Dado que se mide por fuera de la campana en la corriente de aire de salida, con esta disposición solo resulta posible una limitada regulación del punto de rocío.

La invención se basa ahora en el problema de indicar una campana de vahos para una máquina de fabricación de papel y/o cartón en la que se reduzca al menos parcialmente el problema de la condensación y/o en la que se pueda elevar el punto de rocío de funcionamiento.

Este problema se resuelve según la invención con las características de la reivindicación 1. Ejecuciones y perfeccionamientos ventajosos de la campana de vahos se desprenden de las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1.

La invención se basa en la consideración de prever en la superficie interior de la carcasa de la campana de vahos una disposición sensora de condensación o un sistema sensor de condensación con la cual o el cual se vigile la superficie interior de la campana de vahos en cuanto a una formación de condensación posible o inminente. Por tanto, se anticipa o se capta por vía sensórica una formación de gotitas y con ella una posible influenciación negativa del proceso de secado, y se puede reconocer tempranamente una condensación que esté comenzando y se puede impedir ésta mediante técnicas de procesos. El modo de funcionamiento de la campana de vahos se desarrolla así con mayor seguridad y mayor control y se pueden optimizar las cantidades de aire de salida de la campana y también la cantidad de aire de entrada del proceso. Se puede elevar el punto de rocío de funcionamiento (teórico) de la campana de vahos de la máquina de fabricación de papel o cartón y se pueden reducir a un mínimo seguro las reservas existentes del sistema. Asimismo, resulta con esto un ahorro de energía tanto referido al ahorro de vapor en el aire del proceso como al ahorro de corriente eléctrica de los ventiladores de aire de entrada y los ventiladores de aire de salida. En otras palabras, se puede aumentar el rendimiento de la evacuación de humedad y se puede evacuar más humedad con la misma cantidad de aire o se puede reducir la cantidad de aire con la misma evacuación de humedad, y se puede conseguir así también una menor velocidad de flujo y, por tanto, una menor carga de la banda húmeda de papel por efecto del flujo de aire.

Los sensores de condensación (o sondas de condensación) se disponen preferiblemente en sitios críticos o zonas parciales de la superficie interior de la campana, en los que primero o con más probabilidad se produce condensación. En particular, el techo de la campana o de la zona de la carcasa de la campana situada por encima de la parte de secado de la máquina de fabricación de papel y/o la zona de entrada de la máquina de fabricación de papel y/o cartón en la campana de vahos y/o la zona de salida de la máquina de fabricación de papel y/o cartón en la campana de vahos son provistos de sensores de condensación.

Los sensores de condensación pueden colocarse en secciones o disposiciones individuales, especialmente en forma de tramas u otros patrones, subdivididas o distanciadas una de otra.

Como sensor o sensores de condensación se utilizan preferiblemente sensores de condensación eléctricos que captan una variación de la capacidad eléctrica o de la resistencia eléctrica entre conductores eléctricos a consecuencia de una variación de la humedad del aire situado entre ellos o de una sustitución al menos parcial del aire situado entre ellos como medio por un exceso de condensado depositado y la aprovechan como medida de una formación de condensado que se está manifestando o que ya se ha producido. En particular, como sensores de condensación se pueden emplear sensores de lámina a base de un material de soporte (sustrato) con pistas conductores sobrepuestas que están dispuestos por parejas. Mediante un aparato de evaluación se mide como señal de sensor la variación de una tensión eléctrica o una intensidad eléctrica entre o dentro de las pistas conductores o bien se mide como señal de sensor la conductividad o la capacidad.

La evaluación de las señales de los sensores de condensación es escalable o puede efectuarse con intervalos de medida o sensibilidades de medida diferentes, para lo cual o con lo cual puede efectuarse una asociación con tamaños diferentes prefijados de gotitas del condensado que se deposita especialmente entre las pistas conductoras.

Sin embargo, como alternativa, pueden estar previstos también otros sensores de condensación, por ejemplo los sensores de punto de rocío descritos en el documento DE 39 25 595 A1.

Las señales de medida o los datos de medida de los sensores de condensación son vigilados o evaluados continuamente durante el funcionamiento de la campana de vahos, individualmente para cada sensor de condensación o para grupos de sensores de condensación, especialmente en las distintas secciones, y en particular pueden ser visualizados, por ejemplo sobre un indicador en forma de valores numéricos, o bien pueden representarse gráficamente, y/o pueden archivarse o almacenarse. Asimismo, las señales de sensor o los valores de sensor pueden ser procesados adicionalmente también por medio de una unidad de evaluación, especialmente un ordenador, y las evaluaciones pueden ser puestas a disposición de un sistema de rango superior encargado de la dirección del proceso, por ejemplo a través de una interfaz, especialmente una interfaz de bus.

Los estados críticos en los que se sobrepasen valores límite prefijados para el tamaño de las gotitas o para la humedad del aire en un sitio de uno o varios sensores de condensación en la superficie de la carcasa (captación de punto deficiente) se notifican adicionalmente como prealarma y/o como alarma principal.

Para materializar ahora una función de optimización se pone en cascada una regulación de punto de rocío en sí conocida con un sensor de punto de rocío en el aire de salida total o en el canal del aire de salida de la campana de vahos por medio de un desplazamiento de valor nominal. Esto significa que el valor nominal de la regulación de punto de rocío correspondiente al punto de rocío deseado, como magnitud de guía (= valor nominal variable) de la regulación del punto de rocío, se incrementa continuamente por reducción de las cantidades de aire actuantes como magnitudes de ajuste hasta que se sobrepasa la captación de punto deficiente del valor límite correspondiente para un tamaño de gotita aún admisible del condensado o el sensor o los sensores de condensación reconocen primeras gotitas pequeñas. En este punto de regulación o valor nominal (magnitud de guía constante) se ajusta o pendula el sistema de regulación, pudiendo ajustarse preferiblemente pequeñas reservas de seguridad. Por tanto, el punto de rocío es aproximado a la captación de punto deficiente o al valor límite de los sensores de condensación. En caso de que se incremente ahora durante el funcionamiento la condensación en los sensores de condensación o el tamaño de las gotitas o la formación de gotitas o el número de gotitas, se reduce nuevamente la magnitud de guía de la regulación del punto de rocío hasta que se ajuste nuevamente un estado de funcionamiento no crítico, es decir que la condensación captada por los sensores de condensación caiga nuevamente por debajo de la medida máxima admisible.

Además, en las zonas parciales en las que están dispuestos sensores de condensación pueden estar previstos también sensores de temperatura para medir la temperatura local y eventualmente para obtener informaciones sobre magnitudes termodinámicas como el punto de rocío a partir de las señales o datos de los sensores de temperatura y de los sensores de condensación. Se puede realizar así una compensación de temperatura de las señales de los sensores de condensación o su escalación a través de los valores de medida o señales de medida de temperatura.

En otra forma de realización ventajosa se subdivide la campana de vahos en zonas individuales, por ejemplo tres zonas en la dirección del transporte de la banda de papel o cartón, y se realizan por separado para cada una de las zonas la vigilancia de condensación descrita por medio de las sondas de condensación y preferiblemente también la regulación del punto de rocío en función de esta vigilancia de condensación. Se puede optimizar así deliberadamente el rendimiento para cada una de estas zonas en función de la respectiva carga de humedad en la respectiva zona.

Asimismo, la distribución del flujo de aire en el recinto interior o en las zonas de la campana de vahos puede ser ajustada también mediante un control deliberado de las cantidades de aire de distintos canales de alimentación de aire y/o de distintos canales de succión de aire en función de la vigilancia de la condensación.

Claims (17)

1. Campana de vahos para una máquina de fabricación de papel y/o cartón, especialmente para la parte de secado de una máquina de fabricación de papel y/o papel, cuya campana comprende una carcasa, limitando una superficie interior de la carcasa de la campana un recinto interior en el que está dispuesta o puede disponerse una zona de proceso de la máquina de fabricación de papel y/o cartón, especialmente la parte de secado de la misma, caracterizada porque en la superficie interior de la carcasa está dispuesto en al menos una zona parcial al menos un sensor de condensación para captar una formación de condensado o una formación de condensado que se está iniciando en esta zona parcial.

2. Campana de vahos según la reivindicación 1, en la que en varias zonas parciales de la superficie interior de la carcasa está dispuesto al menos un respectivo sensor de condensación.

3. Campana de vahos según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el sensor o los sensores de condensación están dispuestos en una zona parcial o en zonas parciales de la superficie interior de la carcasa en la que o las que primero o con mayor probabilidad se produce condensación.

4. Campana de vahos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el sensor o los sensores de condensación están previstos en la zona parcial de la superficie interior de la carcasa o del techo de la carcasa, situada por encima de la parte de secado de la máquina de fabricación de papel, y/o en la zona parcial de la superficie interior de la carcasa situada junto a la zona de entrada de la máquina de fabricación de papel y/o cartón en la campana de vahos y/o en la zona parcial de la superficie interior de la carcasa situada junto a la zona de salida de la máquina de fabricación de papel y/o cartón en la campana de vahos.

5. Campana de vahos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que en al menos una zona parcial está prevista una disposición de varios sensores de condensación distanciados uno de otro.

6. Campana de vahos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos un sensor de condensación presenta pistas conductoras o tramos conductores distanciados o aislados uno de otro y una variación de la resistencia eléctrica o de la capacidad eléctrica entre las pistas conductoras o los tramos conductores es aprovechada o puede aprovecharse como medida de la formación de condensado que ya se ha producido o que se está iniciando.

7. Campana de vahos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que está previsto un dispositivo de evaluación para evaluar las señales de medida o los datos de medida de al menos un sensor de condensación o de cada sensor de condensación de al menos una zona parcial de la superficie interior de la carcasa o de grupos de sensores de condensación conectados uno con otro.

8. Campana de vahos según la reivindicación 7, en la que la zona de medida o la sensibilidad de medida del dispositivo de evaluación o de las señales de medida o los datos de medida de los sensores de condensación es escalable o puede ajustarse de manera diferente, para lo cual o con lo cual puede efectuarse o se efectúa una asociación con diferentes tamaños prefijados de gotitas del condensado o con diferentes humedades del aire.

9. Campana de vahos según la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en la que el dispositivo de evaluación evalúa y/o visualiza continuamente las señales de medida o los datos de medida de los respectivos sensores de condensación, por ejemplo sobre un indicador en forma de valores numéricos o bien gráficamente, y/o los archiva y/o los pone a disposición de un sistema de rango superior encargado de la dirección del proceso.

10. Campana de vahos según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en la que el dispositivo de evaluación notifica, especialmente como prealarma y/o alarma principal, estados críticos en los que se alcanzan valores límite prefijados de las señales de medida o los datos de medida o se sobrepasa sobrepasan valores límites prefijados para el tamaño de las gotitas o la humedad del aire en un sitio de uno o varios sensores de condensación montados en la superficie interior de la carcasa.

11. Campana de vahos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores con un sistema de regulación del punto de rocío, preferiblemente con al menos un sensor de punto de roció en un sistema de evacuación de aire de salida de la campana de vahos, en donde se eleva continuamente el punto de rocío como magnitud de guía de la regulación del punto de rocío mediante una reducción de la cantidad de aire de entrada y/o de aire de salida utilizada como magnitud o magnitudes de ajuste, y se ajusta como valor nominal para el sistema de regulación del punto de rocío un valor máximo de la magnitud de guía, en el que no se reconoce todavía con ayuda del sensor o los sensores de condensación una formación inadmisible de condensado, especialmente por medio del dispositivo de evaluación, o un valor para la magnitud de guía situado por debajo de este valor máximo de la magnitud de guía a una distancia de seguridad prefijada.

12. Campana de vahos según la reivindicación 11, en la que cuando se reconoce con ayuda del sensor o los sensores de condensación una formación inadmisible de condensado, especialmente por medio del dispositivo de evaluación, se reduce el punto de rocío como magnitud de guía de la regulación del punto de rocío por aumento de la cantidad de aire de entrada y/o de aire de salida como magnitud o magnitudes de ajuste hasta que se haya alcanzado un nuevo valor máximo de la magnitud de guía, en el que no se reconozca con ayuda del sensor o los sensores de condensación una formación inadmisible de condensado, especialmente por medio del dispositivo de evaluación, y este nuevo valor máximo o un valor situado por debajo de este valor máximo de la magnitud de guía a una distancia de seguridad prefijada es aprovechado como valor nominal para el sistema de regulación del punto de rocío.

13. Campana de vahos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que en al menos una zona parcial de la superficie interior de la carcasa está dispuesto también, adicionalmente a al menos un sensor de condensación, un sensor de temperatura para captar la temperatura en esta zona parcial.

14. Campana de vahos según la reivindicación 13 en cuanto se refiera a la reivindicación 7 o a una de las reivindicaciones referidas directa o indirectamente a la reivindicación 7, en la que el dispositivo de evaluación realiza una compensación de temperatura de las señales de medida o los valores de medida de los sensores de condensación o de su escalación por medio de los valores de medida o las señales de medida de la temperatura.

15. Campana de vahos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que se puede realizar o se realiza en zonas individuales, independientemente una de otra, una vigilancia o una captación de formación de condensado o de una formación de condensado que se está iniciando por medio de respectivos sensores de condensación correspondientes, y preferiblemente se puede realizar o se realiza una regulación del punto de rocío.

16. Campana de vahos según la reivindicación 15, en la que están previstas al menos tres zonas, preferiblemente en la dirección del transporte de la banda de papel o cartón.

17. Campana de vahos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la distribución del flujo de aire en el recinto interior o en una zona se ajusta en función de la vigilancia de la condensación mediante un control deliberado de las cantidades de aire de distintos canales de alimentación de aire y/o distintos canales de succión de aire.