Modelado y cálculo de la humedad en el secado del papel

Abstract

A methodology was followed to develop a mathematical model to describe the transport of moisture during the drying process in a modern paper machine. Mechanisms of heat and mass transport, starting with a review of research on the drying of solids and fluid mechanics in porous media were identified. A study of the papermaking process is performed on the machine Papelero Group Scribe SA de CV Morelia plant, furthering the drying process, particularly where measurements of operating conditions are made to determine the variables that directly affect this process and that will be necessary to the evaluation of the proposed mathematical model. In manufacturing and mass production of the paper, the drying process plays a core task for the stability and efficiency of the overall process as well as for the characteristics required of the final product demanded by the consumer. A model of drying of paper is proposed. This model, which consists in a system of partial differential equations for the mass and heat transfer, is used to compute the percentage of moisture at the end of the pre-drying section. The model was solved analytically and accurately determines the expected humidity. The cost of drying the paper by using of the latent heat energy that gives the water vapor is very high. Therefore a temperature profile for dryers is proposed, which, according to the mathematical model, predicted that the moisture at the end of pre-drying section is within the required range. This proposal represents an increase in productivity and a decrease in the cost of papermaking.

Se siguió un procedimiento metodológico para desarrollar un modelo matemático que describiera el transporte de humedad durante el proceso secado del papel en una máquina moderna. Se identificaron los mecanismos de transporte de masa y calor, iniciando con una revisión de investigaciones sobre el secado de sólidos y la mecánica de fluidos en medios porosos. Se realiza un estudio del proceso de fabricación del papel en la máquina del Grupo Papelero Scribe S.A de C.V. Planta Morelia, profundizando en el proceso de secado, donde particularmente se realizan mediciones de las condiciones de operación, para conocer y determinar las variables que de forma directa inciden en dicho proceso y que serán necesarias para la evaluación del modelo matemático propuesto. En la fabricación y producción en masa del papel, el proceso de secado desempeña una tarea medular para la estabilidad y eficiencia del proceso en general, así como para que el producto final cumpla con las características requeridas para los fines que se empleará. Se propuso un modelo para describir el proceso de secado del papel y calcular el porcentaje de humedad al final de la etapa de pre-sequería, representado en un sistema de ecuaciones diferenciales parciales de transferencia de masa y calor. El modelo se resolvió analíticamente y determina con precisión la humedad esperada. El costo del secado del papel, por medio de la energía del calor latente que cede el vapor de agua, es muy elevado. Por lo que se propuso un perfil de temperaturas para los secadores, con lo cual, de acuerdo al modelo matemático desarrollado, se predice que la humedad a la salida de la etapa de pre-sequería está dentro del rango requerido. Esta propuesta representa un incremento en la productividad y una disminución en los costos de fabricación del papel.