• Author / Uploaded
• Miguel Vega

Citation preview

2. La teoría del prensado La teoría del prensado más conocida actualmente es la que entre 1956 y 1958, desarrolló el ingeniero sueco Borje Washlstrom, Directos de Investigaciones de la KMW de Karlstad, Suecia. Esta teoría publicada en el año 1960, es conocida con el nombre de “teoría de Wahlstrom”, en honor del hombre que dirigió el equipo de cinco ingenieros y que efectuó una investigación racional del fenómeno del prensado en una máquina canadiense de papel prensa, de 3,75 m. de ancho y a 360 m/min. Para la investigación se utilizaron medidores de rayos beta, un medidor de espesor del fieltro y cinco calidades de fieltros convencionales. Cuando Wahlstrom hizo públicas sus conclusiones, la teoría Nissan, vigente hasta entonces para explicar el prensado, cayó por los suelos. Según Nissan, el desgote de la hoja se produce al salir de la zona de máxima presión, y no antes, cuando hoja y fieltro se distienden, y este actúa como un medio poroso y esponjoso, absorbiendo, entonces, agua de la hoja de papel. Para Nissan, el fieltro de prensa tenía que ser compresible y abierto para que, al recuperarse tras la presión, fuese capaz de absorber el agua de la hoja; creía, aquí con razón, que un punto de contacto prolongado era favorable cara a prolongar ese desgote entre el centro del “nip” (*) y la salida de la zona de contacto. Las dos primeras fases, de las tres que Wahlstron divide el proceso de prensado, han sufrido subdivididas en cuatro. Entre los que hablan de cuatro fases encontramos a Larsson, Nilsson y Schmidt. Para Wahlstrom el fieltro óptimo debe dar una distribución de la presión lo más uniforme posible, la más baja resistencia posible al paso, a través suyo, del fluido hidráulico en el “nip” y un mínimo rehumectado cuando está saliendo de la zona de prensado. (*) La palabra “nip” se utiliza para abreviar a expresión “línea o zona de contacto” y “zona de compresión”

-

Fases del prensado, según Wahlstrom

2.1 Fase I: Compresión. Saturación hoja

Comprende desde la entrada de la hoja en la zona de prensado hasta el punto en que esta alcanza la saturación, a causa de la comprensión. La comprensión va aumentando, en forma progresiva, originando primero la expulsión del aire contenido entre las fibras y después la saturación de agua de la hoja, sin que llegue a producirse todavía una transferencia de agua de la ahoja al fieltro. La saturación de la hoja se realiza antes que la del fieltro, porque de ambas masas fibrosas, el papel tiene un contenido más alto de agua y una densidad más baja y, por tanto, requiere menos comprensión para alcanzar su punto de saturación. 2.2 Fase II: Compresión. Saturación fieltro Comprende desde el punto de saturación de la hoja hasta la presión hidráulica máxima, poco antes de la línea de centros de los cilindros, que es donde el fieltro alcanza su estado de saturación. Debido a la presión hidráulica que se origina dentro de la hoja y a las fuerzas capilares en el fieltro hasta su saturación, pasa agua de la hoja al fieltro, es decir, se desgota la hoja, originándose en el fieltro una presión hidráulica que, al ir aumentando, transportará el agua a los espacios de acumulación disponibles debajo del fieltro o bien se escurrirá por el cilindro inferior hacia la bandeja de recogida. Dado que la zona de contacto suele tener un ancho (sentido longitudinal) de 10 a 15 mm. (en lo “nips” convencionales”) y una altura (espesor del fieltro en estado saturado) de 1,5 a 3 mm, la mayor parte de la resistencia al paso del agua que hay que vencer es la del sentido longitudinal del fieltro. El agua desgotada a la hoja presenta un doble flujo de escape, a través del fieltro, vertical, hacia las zonas de evacuación debajo del fieltro, y longitudinal, a contracorriente, también hacia los espacios inferiores de evacuación. El paso del agua de la hoja al fieltro es fácil, dado que la presión hidráulica fuerza al fieltro a recibir el agua y este no es más que una estructura porosa, compresible, con una gran diferencia entre los capilares de la hoja y del fieltro, ávida de recibir y absorbe esa agua. Si la permeabilidad de esta estructura porosa resultase deficiente, bien por defectuosidad del diseño o por acolmatamiento o aplastamiento, el agua no podría atravesarla y, en un caso límite, una parte de ella escaparía por la cara superior del fieltro pudiendo llegar a deteriorar y romper la hoja.

2.3. Fase III: Expansión del fieltro

Comprende desde el máximo de la presión hidráulica hasta el punto de máxima sequedad de la hoja, poco después de la línea de centros de los cilindros. Continúa el desgote de la hoja, iniciado en la fase anterior, dado que las fuerzas capilares, por efecto de la presión, prosiguen forzando la transferencia de agua desde la hoja. El fieltro ahora se distiende, abandona su saturación y absorbe agua de las ranuras u orificios del cilindro inferior. 2.4. Fase IV: Expansión de la hoja Comprende desde el punto de máxima sequedad de la hoja hasta la separación de ésta del fieltro. Ya no hay transferencia de agua de la hoja al fieltro (el desgote sólo se produce en las fases II Y III). Hoja y fieltro se descomprimen. Parte del agua extraída a la hoja permanece entre las dos estructuras capilares (hoja y fieltro) en forma de lámina. El papel, a su vez, absobre parte del agua del fieltro porque tiene sus capilares más finos (de 3 a 4 veces menores), y la fuerza capilar que se produce es suficiente para crear reabsorción de agua del fieltro al papel; es decir, aparece una rehumectación, fenómeno que se define como el retorno a la hoja de una parte del agua que previamente se le había extraído por presión. Cuanto más gruesa sea la superficie del fieltro, más agua transmitirá el papel en esta fase de rehumectación. Para disminuir el problema, hay que separar cuanto antes, el fieltro y la hoja, a la salida del prensado, dado que resulta difícil que una masa fibrosa como el fieltro, diseñada básicamente para absorber con facilidad el agua de la hoja, oponga luego resistencia a desprenderse de una parte de esa agua, sobre todo la que queda en la superficie tras salir de la zona de máxima presión. A medida que el fieltro envejece, disminuye la rehumectación de la hoja, dado que, en la superficie de aquel, la estructura capilar se va volviendo más fina. El fieltro debe extraerle agua a la hoja en la fase II y III, mientras que en la fase IV debe resistir la reabsorción de agua por la hoja. El diseño del fieltro húmedo debe ser un compromiso entre estas propiedades contradictorias. La rehumectación ha sido explicada por tres causas distintas. Según Wiserman, las más aceptadas son la de “absorción capilar”, defendida por Morrison y Wilder, según la cual el agua se mueve desde un material que tiene una estructura porosa gruesa a otro cuya estructura es más fina; y la de “separación de película2, propuesta por Wrist, según la cual el agua que rehumecta es la de la lámina interfacial entre los dos materiales. En un trabajo de investigación los autores concluyen que la rehumectación es mayor con un fieltro de prensa más basto y más rugoso que con otro más fino y uniforme. Debido a ello es posible perder hasta 3 y 4 pontos de sequedad. 2.5. El fieltro ante el prensado

En la teoría del prensado, hay tres aspectos importantes que inciden directamente sobre el fieltro 1) La línea de contacto es más ancha que gruesa: de 10 a 15 mm en sentido longitudinal (en los “nips” convencionales) frente a 1,5 a 3 mm, de espesor. Dado que la mayor resistencia al paso del agua en el “nip” se produce en sentido longitudinal, se desprenden de ello dos consecuencias:

-

1.1)

1.2)

El fieltro ante el prensado

Cuanto mayor se ala superficie abierta en el cilindro inferior, mayor será la extracción de agua en la hoja. De ahí, la aparición de las nuevas concepciones de prensas y de fieltros También será mayor el desgote de la hoja, con fieltros diseñados para el transporte de agua en sentido longitudinal (fieltros con elevada pearmibilidad longitudinal), porque en el “nip” la resistencia en sentido longitudinal dificulta más el desgote que la resistencia en sentido vertical, dado que el fieltro no es algo estático, en reposo, sino una estructura porosa moviéndose, precisamente, en sentido longitudinal.

2) El diseño del fieltro húmedo es un compromiso entre opciones contradictorias. En la paste centras del prensado, puntos de saturación hidráulica del fieltro y de la máxima presión hidráulica, se realza el desgote, es decir, la transferencia de agua de la hoja al fieltro, mientras que en la parte final del prensado, se produce una fuerza capilar que origina, en forma muy rápida (1 a 2 milisegundos), el trasvase de agua del fieltro al papel porque este tiene los capilares más finos y aún en el fieltro de mayor finura, cuando este se comprime, sus capilares son de 3 a 4 veces mayores que en el papel. Cuanto más gruesa sea la superficie del fieltro por su cara papel, más agua transmite al papel en esta parte final del prensado, mayor rehumectación hay. 3) La carga lineal del cilindro prensor debe distribuirse uniformemente sobre la superficie del fieltro. Cuanto mayor lisura superficial tenga, mejor será la distribución a lo ancho pues habrá más puntos de contacto en el “nip” entre el fieltro y hoja. Otros autores, como Heller y Tewksbury, confirman experimentalmente que “un fieltro más fino hará que, por medio de la presión, escape más agua de la banda continua de papel de la que conseguirá un fieltro más grueso” y añadiendo que los fieltros modernos que exigen las prensas actuales son gruesos e incomprensibles, lo que les hace carentes del potencial necesario para un desgote máximo. Nuevamente se ve que el fieltro papelero es todavía, un compromiso entre la teoría y la práctica, la generalidad y lo concreto, la intuición y la ingeniería. 2.6. Variables del prensado Se denominan variables aquellos factores que inciden directamente en el prensado, aportando ganancias apreciables de sequedad en la hoja. Busker y Cronin, de la Beloit, definen las variables secundarias como aquellas que inciden en la sequedad de la hoja, a la salida del “nip”, por debajo de un 2 por ciento, mientras que las variables primarias son aquellas que inciden en un 4 por ciento o más. Tras estudiar todas las variables que intervienen en el prensado, acaban por definir las siguientes: 1) 2) 3) 4) 5)

I. Variables primarias Rehumectación de la hoja “post-nip Sequedad de la hoja a la entrada Gramaje de la hoja Temperatura de la hoja Características materia prima (tipo madera, preparación pasta, refino)

6) 7) 8) 9)

Carga lineal prensa Tiempo permanencia en el “nip” Prensado con doble fieltro Uniformidad de presión (incidencia del fieltro) II. Variables secundarias 1) Resistencia al flujo del fieltro 2) Humedad del fieltro a la entrada 3) Dureza revestimiento cilindros 4) Diseño cilindro prensor 5) Comprensibilidad del fieltro

Conviene resaltar que, de las catorce variables estudiadas, cinco corresponden a fieltro, clasificando dos como primarias (su incidencia en la uniformidad de presión y el prensado con doble fieltro, no siempre posible) y tres como secundarias (la permeabilidad, el contenido hidráulico y la compresibilidad). El fieltro está ampliamente conceptuado como elemento de desgaste en el “nip”, pero no figura en lugar principal, como elemento decisivo, pues hay otras muchas variables más importantes que él.

4. Las prensas Desde que se empezó a fabricar el papel en continuo, el deshidratado o desgote de la hoja se ha venido haciendo mediante el paso de ésta, transportada por un fieltro, entre dos cilindros rígidos indeformables, apretados uno contra otro, denominados prensa. A partir de este conjunto, integrado por la prensa, el fieltro y la hoja, todos los mecanismos y sistemas ideados han estado encaminados a mejorar el rendimiento de este principio de deshidratado de la hoja. El sistema de presión ha evolucionado desde el accionamiento manual, a base de romanas con contrapesos, hasta los actuales medios neumáticos e hidráulicos. Las prensas han tomado diferentes formas, desde las de cilindros lisos, llenos, largos años utilizadas, hasta los nuevos desarrollos a base de aspiración o de

estructuras alveolares para la evacuación del agua. Estos diferentes tipos de prensas, los ya consolidados y los nuevos diseños en experimentación, son los que ahora van a estudiarse. Las prensas de tipo aspirante u ranurado, o prensas de flujo vertical o transversal, exigen fieltros con una resistencia mecánica mayor que para los casos de prensas lisas, pues, además de una mayor carga lineal, están sometidos a otros desgastes mecánicos de tipo abrasivo como la acción de la aspiración o de las ranuras, y, también, deben evitar la transmisión de marcas de las ranuras(verjurados) o los orificios de aspiración (“shadow-making”) a la hoja de papel. Los fieltros para aquellas prensas se fabrican con una mayor masa de material textil, alrededor de 200 a 400 g/m 2 más de peso que para las prensas lisas, es decir, pasan de los 800/900 g/m 2 a los 1050/1250 g/m2. También se necesitan, para estas prensas especiales, fieltros de mayor peso al indicado (hasta 1400 y 1600 g/m2), pero entonces ya inciden otros factores ajenos al diseño en sí de la prensa, como una carga lineal muy elevada (de 100 a 150 kp/cm) o unas exigencias excepcionales de calidad superficial en la hoja.

Las posiciones invertidas o superiores y las de doble fieltro, también precisan una estructura de fieltro particular para las mismas pues, en ellas, el gua no debe atravesar el fieltro porque entonces se remansaría ente éste y el cilindro superior de la prensa provocando problemas. 4.1 Tipos de prensa Según la forma de evacuar el agua, las prensas se clasifican en tres categorías: a) Prensas donde la evacuación del agua se hace a contra corriente del sentido de marcha (Prensas lisas). b) Prensas con evacuación del agua hacia abajo, en el sentido de marcha, con ayuda de una aspiración (Prensas aspirantes). c) Prensas con evacuación del agua hacia abajo, en el sentido de marcha con la ayuda de una estructura alveolar incorporada. Se las llama prensas e flujo transversal: Prensas perforadas, de tela – “fabric” -, Ranurada.

4.1.1 Prensas lisas

Ha sido la prensa normal hasta la década pasada. Los dos cilíndros son lisos. Hoy está en desuso, superada por las nuevas concepciones, Muchas de ellas trabajan con sistemas manuales de presión que no sobrepasan los 20-30 Kp/cm, mientras que las más modernas suelen alcanzar los 65 Kp/cm. Es un diseño de máquinas lentas, a 15º y 200 m/min. El agua debe tener una velocidad superior a la del fieltro, loq eu hace aparecer en éste y en la hoja de presión hidráulica. Estas prensas no deben, pues, ser utilizadas en primera posición y las presiones aplicadas deben limitarse, si no se quiere correr el riesgo de reventamientos o que resulten poco eficaces. La utilización de una vestidura de gran capacidad de trasvase y fuerte permeabilidad longitudinal o de fuerte permeabilidad y capacidad de transporte levada, mejoran grandemente las prestaciones de una prensa lisa, aunque a pesar de ello, existe un límite de velocidad y presión que no pueden rebasar sin peligros de reventamientos en la hoja. Con el fieltro sin trama se reduce la presión hidráulica, mientras que con el combinado se transforma la prensa lisa en una de flujo transversal. La prensa Alta Intensidad, de Black Clawson, se incluye en este grupo. Consta de un cilindro ranurado de pequeño diámetro situado entre el cilindro prensor y el portor. De esta forma, permite reducir el camino que el agua debe recorrer y limitar la zona de presión, lo que conduce a una apreciable eficacia con cargas lineales bajas. Además de 120 m7min, suelen presentar problemas de conservación de los revestimientos

4.1.2 Prensas aspirantes

El cilindro portor es un cilindro aspirante con una caja de vací en la zona de prensado, en el cual las perforaciones de la camisa sirven de alveolos para permitir la evacuación del agua en vertical. La camisa del cilindro aspirante está hecha en bronce centrifugado o en acero inoxidable, revestido de caucho y provisto de perforaciones dispuestas en espiral. El diámetro de las mismas varía de 2,8 a 5 mm. Y el porcentaje vaciado de 24 a 29 por ciento para primera prensa y de 11 a 22 por ciento en las otras, La distancia entre el final de una perforación y el principio de la siguiente es de 4mm. El revestimiento de caucho tiene un espesor de 25 mm y su dureza es de 30-35° PJ pudiendo soportar cargas lineales de hasta 80 kp/cm. La camisa de bronce se utiliza para cargas de hasta 50 kp/cm, mientras que por encima de ellas o cuando la superficie abierta es superior al 20 por ciento, la camisa se construye en acero. 4.1.3 Prensas de flujo transversal

La teoría del prensado ha desarrollado la idea de que, para disminuir la presión hidráulica en la zona de contacto, hay que reducir el trayecto de escape del agua en dicha zona. De ahí que aparecieran nuevos sistemas de prensas que, a diferencia de las isas, disponían de una estructura alveolar debajo del fieltro que recogía el agua extraída, al fluir verticalmente. Las prensas de flujo transversal deben reunir tres condiciones básicas: 1) Suficiente capacidad de trasporte de agua. 2) Facilidad de extracción del agua de sus alveolos. 3) Mínimo riesgo de marca a la hoja y de desgaste al fieltro. 4.2 El revestimiento de los cilindros de prensa El revestimiento de los cilindros es una de las variables que inciden en el prensado y que deben tenerse siempre presentes en el momento de definir una nueva prensa o de estudiar la mejora y optimización de las que estén en funcionamiento, A medida que las presiones y las velocidades han ido en aumento, han tenido que desarrollarse nuevos tipos de elastómeros y de materiales plásticos para recubrir los cilindros, desarrollos esos casi paralelos a los de nuevos tipos de fieltros. 4.21 Histéresis del Caucho

7.1. Prensas lisas La prensa lisa corresponde al tipo de prensa más antiguamente conocido, superada hoy por los nuevos diseños, aunque todavía vigente en numerosas máquinas en activo. Se encuentra en primera y segunda posiciones de máquinas redondas, entre 30 y 160 m/min. También en alguna máquina “yankee” de bajo régimen, tanto en prensa húmeda como caliente. La presión lineal es desconocida en la mitad de las posiciones equipadas con prensas lisas, por tratarse de dispositivos manuales a base de palanca, oscilando generalmente entre los 15-30 Kp/cm, mientras que, en la otra mitad, las más frecuentes se sitúan entre 30-65 Kp/cm, llegándose en algún caso aislado hasta los 110 Kp/cm. Los papeles fabricados en las máquinas planas equipadas con estas prensas suelen abarcar casi todos los tipos, desde los blancos de calidad hasta los kraft y las pajas, mientras que en máquinas redondas se fabrican básicamente papeles para ondular y cartoncillos blancos y grises. En cuanto a las vestiduras de prensas lisas, se utilizan fieltros combinados(BOM-1 y BOM-2), en las posiciones con un buen equipo de acondicionamiento, que son la mayoría, sobre todo en primeras prensas donde deben extraerse a la hoja contenidos de agua de 15º a 350 g/m 2 en muchos casos, requiriéndose para ello

soportes con elevada capacidad de retención, mientras que en las posiciones más equipadas y en las que carecen de acondicionamiento, generalmente segundas y terceras prensas, se utilizan preferentemente los diseños sin trama, agujados clásicos y convencionales, que trabajas por escurrido y arrastran escasa agua. En máquinas de cartoncillo se encuentran algunas posiciones vestidas con diseños no tejidos. 7.2. Prensas aspirantes La prensa aspirante se encontraba ya en algunas posiciones con anterioridad a la renovación que siguió a los años sesenta; luego su uso se ha extendido más, especialmente en las secciones compactas. Se encuentran en las primeras y segundas posiciones inferiores de máquinas planas, de secciones no compactas, entre 100 y 350 m/min. El vacío de trabajo vería entre 275 y 575 mm. Hg y la presión lineal oscila entre 25 y 65 kp/cm. La gama de papeles fabricados es amplia pues va desde los cartoncillos y los papeles blancos hasta los de embalaje. En las prensas aspirantes, por su propia naturaleza, no se precisan fieltros con elevada capacidad de retención de agua, sino, más bien, diseños intermedios que retengan una parte de agua y que ayuden vehicular la otra parte. De ahí que predominen los diseños “BOM-1! Sobre los “BOM-2” que, no obstante, siguen utilizándose como idóneos en bastantes casos, especialmente por su mejor comportamiento hacia los sombreados, alcanzándose en estos casos gramajes de hasta 1500 glm2. 7.3. Prensas ranuradas A finales de los años sesenta llegaron las primeras prensas ranuradas a las máquinas de papel, vistiendo actualmente un número importante de posiciones en las máquinas más modernas y en cualquier lugar de la sección, salvo los “pick ups”. Se encuentran en máquinas planas entre 100 y 750 m/min, trabajando a presiones entre 20-100 kp/cm en primera prensa, entre 30-100 kp/cm, en segunda prensa y entre 45-120 kp/cm, en tercera prensa. Debido a la rápida divulgación de las ventajas de esta prensa se la encuentra en una amplia gama de papeles desde los blancos hasta los embalajes, aunque el 80 por ciento de las posiciones ranuradas corresponden a papeles kraft y para ondular. Dado que a la hoja se le extrae 100-500 glm 2 de agua en primeras posiciones, entre 20-140 glm2 en segundas y entre 15-60 glm2 en terceras, se ha comprobado que el fieltro participa reteniendo en 20-50 por ciento del agua extraída y

ayudando a canalizar el 80-50 por ciento restante hacia las ranuras del cilindro inferior de prensado. Debido a ello, para primeras posiciones, se requieren diseños con buena capacidad de retención de agua (hasta 250 glm 2) y también buena vehiculación (100-400 glm2), es decir, diseños de fieltros combinados, en una o dos capas (BOM-1 y BOM-2). En la práctica, se observa que la mayoría de vestidos de prensas ranuradas corresponden a dicha familia de fieltros, especialmente “BOM1”, repartiéndose el resto entre los fieltros “sin cruces”, los “sin trama” y los agujados clásicos. 7.4. Prensas “Fabric” Las prensas “Fabric”, que estaban muy extendidas a principios de los años setenta, se encuentran ahora en regresión, siendo retiradas de muchas posiciones. La “fabric” se encuentra en máquinas planas rápidas, de 50 a 600 m/min, en segundas y terceras posiciones, trabajando, respectivamente, a 70-100 kp/cm. Y 90-110kp/cm. La gama de papeles fabricados es amplia pues comprende desde los blancos de calidad hasta los embalajes con fibra recuperada. Dado que estas telas visten posicione inferiores de segunda y tercera prensa, donde la extracción de agua no es tan fuerte como en una primera prensa, alcanzándose valores entre 15 y 150 glm 2, no se precisan diseños con elevada capacidad de retención de agua. Suele ser la tela “fabric” la que participa preferentemente en la acción de desgote llevándose entre el 50-75 por ciento del agua extraída a la hoja mientras que el fieltro retiene el 50-25 por ciento restante. En esta unión “tela-fieltro” muchas veces se da el caso de trasvase de agua de uno a otro componente: del fieltro a la tela, que es lo normal, pero a veces de la tela al fieltro, si aquella llega demasiado húmedo al prensado. Otro caso anómalo, presentado esporádicamente, es el de algún fieltro que, en lugar de recibir agua en el prensado, es escurrido con 50-5 glm2 por llegar demasiado húmedo. Por todo ello, las vestiduras más utilizadas son las de fieltros combinados de una tela (BOM-1), en gramajes entre 1075-1500 glm 2, según las calidades de papel.