Diseño de un sistema automatizado de deslignificación de bagazo de caña de azúcar para la elaboración de papel mediante tratamiento térmico con vapor sobrecalentado en un reactor de 5 metros cúbicos en la industria papelera usando Ansys Fluent

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo el diseño de un proceso automatizado para la deslignificación del bagazo de caña de azúcar mediante la aplicación de un tratamiento térmico con vapor sobrecalentado; por lo cual, se realizó una simulación en el programa Ansys fluent que detalla el comportamiento del flujo de la temperatura través de 2 tipos de serpentín helicoidal en un reactor, para la posterior obtención de una masa de papel de calidad. En el Perú uno de los insumos con mayor producción en el sector agropecuarios es la caña de azúcar, que se utiliza para la elaboración del azúcar. Es en este proceso es que obtiene el bagazo, que es un residuo de su fabricación. Dicho componente posee propiedades similares a la madera, la cual se utiliza para la fabricación de papel. Sin embargo, dicho proceso de elaboración es tradicional y no permite obtener los mejores resultados para la elaboración de una hoja de papel de calidad. Por lo que surgieron diversas técnicas para mejorar el rendimiento de la masa de bagazo. Pese a esto, dichas técnicas son de carácter de experimental y su proceso es rudimentario. Por lo que el presente trabajo realiza un diseño del sistema automatizado para su aplicación industrial. El diseño del tanque se parametrizo las dimensiones para un volumen de 5 metros cúbicos. Donde se determinó un espesor de tanque de 5/8” y el material AISI-316 por sus propiedades de resistencia a altas temperaturas y presiones. Luego, se escogió los sensores, actuadores y se programó el PLC S7-1200 para el control y regulación de los parámetros de operación. Posteriormente, se modelo 2 tipos de serpentín helicoidal de 6 y 10 vueltas en el programa Ansys fluent donde se sometieron a una temperatura de entrada de 200 º C, una presiones de 0.4 Mpa, 0.5 Mpa, 0.6 Mpa, 0.8 Mpa y 1 Mpa. Permitiendo esto conocer que configuración y presión es la ideal, para una mayor conservación de la temperatura de entrada a los largo de todo el serpentín. Finalmente, se obtuvo que el serpentín de 10 vueltas a una presión de entrada de 0.4 Mpa es la configuración escogida, ya que obtiene un valor de 96,564 % de eficiencia en comparación a las otras pruebas.

The objective of this work is to design an automated process for the delignification of sugarcane bagasse by applying a thermal treatment with superheated steam; therefore, a simulation was carried out in the Ansys fluent program that details the behavior of the temperature flow through 2 types of helical coils in a reactor, for the subsequent obtaining of a quality paper mass. In Peru, one of the inputs with the highest production in the agricultural sector is sugarcane, which is used to make sugar. It is in this process that bagasse is obtained, which is a residue of its manufacture. This component has properties similar to wood, which is used to make paper. However, this manufacturing process is traditional and does not allow obtaining the best results for the production of a quality paper sheet. Therefore, various techniques arose to improve the performance of the bagasse mass. Despite this, these techniques are experimental in nature and their process is rudimentary. Therefore, the present work carries out a design of the automated system for its industrial application. The tank design was parameterized for dimensions for a volume of 5 cubic meters. Where a tank thickness of 5/8” was determined and the AISI-316 material was chosen for its properties of resistance to high temperatures and pressures. Then, the sensors and actuators were chosen and the PLC S7-1200 was programmed for the control and regulation of the operating parameters. Subsequently, 2 types of helical coils of 6 and 10 turns were modeled in the Ansys fluent program where they were subjected to an inlet temperature of 200 º C, pressures of 0.4 Mpa, 0.5 Mpa, 0.6 Mpa, 0.8 Mpa and 1 Mpa. This allowed us to know which configuration and pressure is ideal for greater conservation of the inlet temperature along the entire coil. Finally, it was found that the 10-turn coil at an inlet pressure of 0.4 Mpa is the chosen configuration, since it obtains a value of 96.564% efficiency compared to the other tests.