procesos de la elaboración del papel para la producción de
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PROCESOS DE LA ELABORACIÓN DEL PAPEL PARA LA PRODUCCIÓN DE CARTÓN CORRUGADO PROCESOS DE LA ELABORACIÓN DEL PAPEL PARA LA PRODUCCIÓN DE CARTÓN CORRUGADO Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo Mejoras en la fabricación de cartón corrugado por el uso controlado de materias primas, calor, almidones y procesos de manufactura. Red 313rt0477: Mejoras en la fabricación de láminas de Cartón ondulado (Corrugado) por el uso controlado de materias primas, calor, almidones y procesos de manufactura. Autores: Bruno Becerra Aguilar, José de Jesús Rivera Prado, José de Jesús Vargas Radillo, Rogelio Ramírez Casillas, Fernando NavarroArzate. Coordinador de la red: Nelson A. Quintanilla Juárez. Universidad Don Bosco, El Salvador. Departamento de Madera, Celulosa y Papel CUCEI, Universidad de Guadalajara, Mexico. Editorial Universidad Don Bosco, 2014. Diagramación: Marcela Altamirano de Madrid. Hecho el depósito que marca la ley. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, electrónico o mecánico sin la autorización de los autores. 621.7 P963 sv Procesos De La Elaboración Del Papel Para La Producción Del Cartón Corrugado/ Bruno Becerra Aguilar, José de Jesús Vargas Radillo, Fernando Navarro Arzate, José de Jesús Rivera Prado, Rogelio Ramírez Casillas. 1a ed.--San Salvador, El Salv. : Editorial Universidad Don Bosco, 2014. 196p. : il. ; 28 cm. ISBN 978-99923-50-63-8 1. Papel-Cartón corrugado --Industria-El Salvador. 2. Procesos de fabricación. I. Becerra Aguilar, Bruno, 1972- coaut. II. Título. Contenido Introducción............................................................................................................................................... 1 PRIMERA PARTE FIBRAS, SU ADECUACIÓN Y DESARROLLO PARA LA ELABORACIÓN DEL CARTÓN................... 3 1. Materias primas para la elaboración del cartón................................................................................ ¿Cómo se podría definir el Cartón?....................................................................................................... 1.1 Fibras para el cartón ........................................................................................................................... 1.1.1 Fibras de acuerdo con su origen.......................................................................................... 1.1.2 Fibras de acuerdo con su proceso de obtención.................................................................. 1.1.3 Fibras de acuerdo con los ciclos de uso.............................................................................. 1.2 Minerales utilizados.............................................................................................................................. Tipos de minerales..................................................................................................................................... 1.3 Agua en el cartón................................................................................................................................. 1.4 Aire en el cartón .................................................................................................................................. 1.5 Sustancias químicas en el cartón......................................................................................................... 1.6 El almidón............................................................................................................................................ 1.7 Abrillantadores ópticos........................................................................................................................ 5 5 6 7 10 12 15 19 22 22 22 22 26 2. Proceso de desfibración..................................................................................................................... 2.1 Objetivo de la desfibración.................................................................................................................. 2.2 Fuerzas que actúan en el proceso de desfibrado............................................................................... 2.3 Parámetros en el proceso de desfibrado............................................................................................ 27 27 28 29 3. La refinación de la celulosa................................................................................................................ 3.1 Proceso de refinación.......................................................................................................................... 3.2 Equipos utilizados en la refinación....................................................................................................... 3.3 Medición de la refinación...................................................................................................................... 3.4 Factores que influyen en la refinación desde el punto de vista del proceso........................................ 3.5 Factores que afectan la refinación desde el punto de vista morfológico............................................. 30 31 32 35 38 39 3.6 Factores que afectan la refinación desde el punto de vista químico......................................... 3.7 Teoría de la refinación................................................................................................................ 3.8 La refinación y las propiedades físicas del papel....................................................................... 40 41 43 4.Proceso de limpieza centrífuga...................................................................................................... 4.1 Descripción del ciclón centrífugo................................................................................................. 4.2 Tipos de ciclones.......................................................................................................................... 4.3 Operación del ciclón.................................................................................................................... 4.4 Movimiento de las partículas en un ciclón.................................................................................... 4.5 Grado de separación de un ciclón................................................................................................ 4.6 Características de un ciclón de mediana y alta densidad............................................................ 4.7 Variables que afectan la eficiencia de un ciclón.......................................................................... 4.8 Los ciclones centrífugos y la limpieza de la suspensión fibrosa.................................................. 4.9 Sistemas de limpieza para baja consistencia............................................................................... 4.10 Sistema de elutriación .............................................................................................................. 44 47 49 50 52 53 54 54 57 58 59 5. Proceso de Depuración.................................................................................................................... 5.1 Tipos de depuradores.................................................................................................................. 5.2 Operación de un depurador cerrado o presurizado..................................................................... 5.3 Tratamiento de los rechazos de los depuradores........................................................................ 5.4 Ubicación y número de depuradores............................................................................................ 59 60 63 66 67 6. Agitación de la pasta......................................................................................................................... 68 7. Dosificación y mezcla de las fibras.................................................................................................. 71 Bibliografía......................................................................................................................................... 76 SEGUNDA PARTE: PROCESOS DE ESTRUCTURACIÓN DE LA LÁMINA DE CARTÓN Y ELIMINACIÓN DE AGUA POR PRESIÓN MECÁNICA.............................................................................................................. Introducción............................................................................................................................................ 1. Caja distribuidora.............................................................................................................................. 1.1 ¿Qué es el cartón? .................................................................................................................... 77 79 80 80 1.2 ¿Cuál es el objetivo de la caja distribuidora?....................................................................................... 1.3.- Caja distribuidora abierta................................................................................................................... 1.4 Caja presurizada.................................................................................................................................. 1.5 Caja distribuidora hidráulica................................................................................................................. 1.5.1 Partes de la caja hidráulica converflo................................................................................... 1.6 Altura de la pasta dentro de la caja distribuidora y la velocidad de la máquina de papel.................... 1.7 Orientación de las fibras...................................................................................................................... 1.8 Control de peso base.......................................................................................................................... 1.9 Perfil del peso base............................................................................................................................. 88 91 100 101 101 105 105 106 107 2. Estructuración de la lámina de cartón............................................................................................... 2.1.- ¿Qué es el cartón?............................................................................................................................ 2.2 Formación de la lámina de cartón....................................................................................................... 2.3 Equipos para formar y estructurar el cartón........................................................................................ 2.4 Formación del liner y médium en formadores Fourdrinier................................................................... 3.6 Cilindro de succión de la tela............................................................................................................... 2.7 Formadores de doble tela en la elaboración del liner y médium......................................................... 109 111 118 125 138 140 143 3. Proceso de prensado.......................................................................................................................... 3.1 Importancia del sistema de prensas.................................................................................................... 3.2 Paso de la hoja del formador a prensas.............................................................................................. 3.3 Objetivo del rodillo de levantamiento o pick-up................................................................................... 3.4 Rodillos para prensas.......................................................................................................................... 3.5 Proceso de prensado........................................................................................................................... 3.6 Comportamiento de la hoja durante el proceso de prensado.............................................................. 3.7 Comportamiento de la hoja y el fieltro durante el proceso de prensado............................................. 3.8 Comportamiento del fieltro durante el proceso de prensado............................................................... 3.9 Vestidura para prensas o fieltros......................................................................................................... 148 148 148 150 151 161 166 168 169 170 Bibliografía............................................................................................................................................... 180 Introducción La fabricación del papel es algo que encuentra eco y fascina a muchas personas y en realidad si se analiza este producto, podemos darnos cuenta que su historia es legendaria y que su elaboración, en cuanto a la formación y estructuración de la hoja de papel, muy poco ha cambiado desde la invención china hasta nuestros días. Los chinos lograron elaborar una red fibrosa mediante el proceso de filtración, proceso que aún en los más modernos formadores de la actualidad sigue siendo el principio por el cual elaboran la hoja de papel. Esta fascinación que atrae a muchas personas sobre la elaboración del papel les lleva a encon- trar, muchas de las veces, una distracción o un trabajo propiamente dicho con ello. Sin embargo, no solo es tomar y “moler” un pedazo de papel en agua y con esa suspensión elaborar en una red, una hoja de papel; muy pocos se ponen a analizar lo que se debe hacer con la fibra para obtener la mejor hoja de papel posible; por ejemplo, esa palabra de “moler” el papel, nos lleva a pensar que el papel está elabo- rado con una serie de fibras y otros materiales, que solo con la cualidad de que sean pequeños pueden formar una capa de materiales que después de secarse se comporten como cualquier papel. La palabra moler para un papelero debe salir de su léxico, ya que no es propiamente el moler la fibra el proceso inicial para elaborar el papel a partir de una placa de celulosa o de papel recuperado, sino el separar de la mejor manera las fibras que componen dicha placa o papel, con el fin de que al separarlas mantengan sus propiedades morfológicas de acuerdo con las que ya tenían originalmente cuando formaban ese placa o ese papel o cartón. Por tanto, los procesos que se llevan a cabo en la preparación de pastas, están encaminados a proveer a la fibra de ciertas cualidades que le permitan no solo elaborar un papel que sea agradable al tacto o a la vista sino que se forme una red fibrosa con las características necesarias para que sea un producto útil para la aplicación a que sea destinado. Primer Parte Fibras, su adecuación y desarrollo para la elaboración del cartón Mejoras en la fabricación de cartón corrugado por el uso controlado de materias primas, calor, almidones y procesos de manufactura. Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 1. Materias primas para la elaboración del cartón El cartón es un producto que está elaborado con materiales fibrosos mezclados con minerales y otros productos químicos. ¿Cómo se podría definir el Cartón? “Es una lámina plana formada por fibras vegetales, agua, aire, minerales y sustancias químicas”. Ver figura No. 1. Figura No. 1, Materiales que pueden formar parte de la estructura del cartón El cartón puede contener todos los materiales enunciados o solo algunos de ellos, ello corresponde al tipo y características del papel que se desea elaborar. Por ejemplo un papel “bond”, si contiene todos los materiales, porque para manifestar todas las propie- dades necesarias para su uso, requiere de su presencia. Estas propiedades son: peso base, calibre, blancura opacidad, encolado, lisura, principalmente. El peso base, es dado por la cantidad de materiales sólidos (fibras y minerales) presentes en un metro cuadrado del papel. El calibre es dado por la cantidad de materiales sólidos (fibras y minerales) presentes en un metro cuadrado del papel. La blancura y la opacidad son propiedades que aporta la estructura del papel auxiliada por los minerales adicionados. La lisura es aportada por la calandria pero influenciada por la cantidad de minerales presentes en la superficie del papel. El encolado es una propiedad que permite regular la absorción de los líquidos por el papel en función de la impermeabilidad dada a las fibras por las sustancias químicas adicionadas a la suspensión fibrosa para este fin. Ahora si se analiza el papel para elaborar sacos, las propiedades que requiere para este uso son diferentes a las características del papel “bond”. Las propiedades principales requeridas por el papel para sacos 12 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado son las siguientes: peso base, calibre, tensión, rasgado, encolado, porosidad, explosión. El peso base es dado por la cantidad de materiales sólidos (fibras y minerales) presentes en un metro cuadrado del papel. El calibre es dado por la cantidad de materiales sólidos (fibras y minerales) presentes en un metro cuadrado del papel. La tensión, el rasgado y la explosión son propiedades aportadas al papel por los distintos tipos de fibra y su desarrollo en el proceso de refinación. El encolado es una propiedad que per- mite regular la absorción de los líquidos por el papel en función de la impermeabilidad dada a las fibras por las sustancias químicas adicionadas a la suspensión fibrosa para este fin. La porosidad del papel es aportada por la estructuración de la hoja de papel. Ver figuraNo. 2. Papel para escritura e impresión y papel para sacos. Es pues evidente que en los papeles antes descritos se tienen propiedades diferentes y en uno de ellos, el papel para sacos, lo que se requiere es la manifestación de las propiedades físicas y, por lo tanto, es absolutamente necesario evitar el uso de materiales que puedan afectarlas como sería en este caso el uso de minerales. Figura No. 2, Papel para escritura e impresión y papel para sacos 1.1 Fibras para el cartón Uno de los materiales fibrosos con los que se elabora el cartón son fibras vírgenes, las cuales se pueden clasificar en fibras largas y fibra corta. La fibra larga es importante en la elaboración de este cartón, porque además de ayudar a es- tructurar la hoja de cartón le aporta resistencias de acuerdo con los estándares propios para este tipo de cartón y para soportar las tensiones creadas por los tiros durante la elaboración del papel. La fibra corta, también aporta resistencias y ayuda a darle cuerpo al cartón. Para entender claramente lo que es una fibra, es necesario profundizar en el estudio de las fibras, en general, y como primera clasificación podemos dividirlas de la siguiente manera: 13 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado • De acuerdo con su origen • De acuerdo con su proceso de obtención • De acuerdo con los ciclos de uso (virgen o reciclada) 1.1.1 Fibras de acuerdo con su origen Las fibras utilizadas normalmente en la elaboración del cartón pueden provenir de: • Plantas maderables -Maderas blandas -Maderas duras • Plantas anuales -Caña de azúcar -Algodón -Arroz Las maderas blandas son aquellas que proviene de las conífieras como el pino. Las maderas duras son aquellas que provienen de las latifoliadas, es decir, todo el resto de las maderas que no son confieras como el encino, eucalipto, etc. Las maderas blandas son, por lo general, poco densas, es decir, tienen mayor número de espacios en su estructura y mayor cantidad de lignina; por el contrario, las maderas duras tienen por lo general, una alta densidad, lo que lleva a una estructura de pocos espacios y cantidades de lignina menores que las maderas blandas. Ver figura No. 3. Figura No. 3, Plantas maderables 14 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado No solamente en la elaboración del cartón se utilizan plantas maderables, también se utilizan plantas no maderables como: La caña de azúcar, el algodón, el lino, la paja de arroz, etc. Ver figura No.4. Figura No. 4, Plantas anuales Normalmente, una de las características fundamentales de la fibra que más importa a un pape- lero es su longitud. Si hablamos de longitud en las fibras, las fibras de maderas blandas son más largas que las fibras de maderas duras. Si esta comparación la llevamos hasta las plantas anuales, en estas las dimensiones son muy diversas, pues puede haber fibras, como la del algodón, de una longitud muy grande (30 mm) y fibras como la del bagazo de caña cuya longitud es pequeña (1.4 mm). La importancia de la longitud de la fibra para un papelero radica en la necesidad que tiene de poder tratarla y desarrollarla en la refinación, con el fin de proporcionarle características de fibrilación y flexibilidad, que finalmente se traducirán en un papel de formación y propiedades buenas. En este sen- tido, la fibra larga permitirá al papelero, opciones diversas para dar al cartón las propiedades deseadas de acuerdo con su uso final. Al clasificar una fibra bajo sus características morfológicas, sus principales propiedades son las siguientes: • Longitud de fibra, mm • Diámetro de fibra, mm • Grosor de la pared, mm • Diámetro del lumen, mm • Factor Runkel 15 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado • Coeficiente de rigidez • Coeficiente de flexibilidad • Esbeltez ¿Por qué, es importante el conocer las propiedades morfológicas de la fibra? El conocer de antemano las características morfológicas de la fibra, permite determinar teórica- mente su comportamiento en el desarrollo por el trabajo mecánico de la refinación y las facultades que ésta desarrollará para su enlace con las demás fibras. Por ejemplo, si la guía para determinar si una fibra es apta para hacer papel, es el factor Runkel; en este caso se toman en cuenta el grosor de la pared y el diámetro del lumen, espacio hueco del interior de las fibras. Factor Runkel = 2W / l Donde W = Grosor de la pared de la fibra l = Diámetro del lumen Ver figura No. 5, Grados de factor Runkel (Larios 1979) Figura No. 5, Grados de factor Runkel Otra propiedad también deseable en la fibra es la flexibilidad, propiedad que le permite a la fibra tener mayores posibilidades de unión interfibrilar, cuando esta colapsa durante el proceso de secado, además de ser útil en papeles que requieren de propiedades como el doblez. Coeficiente de Flexibilidad = I / D Donde: I = Diámetro del lumen D = Diámetro de la fibra Ver figura No. 6, Tipos de pared de las fibras. 16 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Figura No. 6, Tipos de pared de las fibras (Larios 1979) ¿Qué importancia tiene que una fibra tenga un grado de rigidez alto o bajo? Es importante, porque una fibra con paredes muy gruesas no se colapsa, tiene muy poca super- ficie de contacto y por ello la unión interfibrilar será muy pobre. Por otra parte, si la fibra tiene una pared media o delgada, se colapsarán parcialmente y habrá unión interfibrilar buena; lo mismo sucederá si la fibra es muy delgada. Es pues notorio que el conocimiento de las características morfológicas de una fibra, puede ser un buen punto de partida para la selección de una materia prima, de acuerdo con las características del papel que se desea producir, en función de su uso final. 1.1.2 Fibras de acuerdo con su proceso de obtención Las fibras que originalmente tienen una longitud determinada, de acuerdo con el tipo de planta de la que provienen, y sólo la conservarán si el proceso de obtención de pulpa celulósica lo permite. Por ejemplo, una madera de pino que tiene fibras con una longitud promedio de 3 mm, esta conservará su longitud, si el proceso de pulpeo aplicado es químico, pero se acotará en la medida que se utilicen pro- cesos semiquímicos, y mecánicos de alto rendimiento. De acuerdo con esto, ¿qué tipos de proceso de obtención de celulosa son los más comunes? Para la obtención de pulpa celulósica para cartón se tienen los siguientes tipos de procesos: • • • • • Proceso mecánico Termomecánico Quimicotermomecánico Semiquímico Químico 17 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Proceso químico de obtención de celulosa En este proceso la fibra ya no se expone, como en los procesos anteriores al ataque de elemen- tos de molienda como la piedra o el refinador, sino que las astillas son introducidas a un reactor o digestor junto con sustancias químicas, durante un tiempo, una presión y temperatura determinados, con el objeto de disolver la lignina que es el compuesto que une a la fibras. En este tipo de procesos se conserva al máximo el tamaño original de las fibras, mismas que pueden ser desarrolladas durante el proceso de refinación de acuerdo con las necesidades exigidas por el papel. Estos procesos tienen la propiedad de conservar la integridad de las fibras, pero el rendimiento es del orden del 45 al 50%. Sin embargo, la calidad de la fibra es muy superior, existen diferentes tipos de procesos químicos de obtención de pulpa que pueden ser ácidos como los procesos al sulfito o alcalinos como el proceso Kraft. Este último es el más versátil y utilizado en todo el mundo. En la figura No. 6 se muestra un diagrama típico del proceso de Kraft de obtención de pulpa química. Ver figura No. 7 Figura No. 7. Proceso de obtención de la celulosa química Los factores que se toman en cuenta para la cocción, son los siguientes: • Cantidad de reactivo • Tiempo y temperatura de cocimiento • Relación sustancias químicas en agua- material fibroso (Hidromódulo) • Tipo, tamaño de astillas y calidad de la materia prima fibrosa. Así la longitud de las fibras para la fabricación de cartón, no sólo está en función del origen, es decir, si es de madera dura o blanda, o de planta anual, sino también del tipo de proceso al que fue sometido para obtener pulpa celulósica útil para la elaboración del cartón. Ver figura No. 8 18 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Figura No. 8, Calidad de la celulosa de acuerdo con su proceso de obtención. ¿Qué es el proceso quimicotermomecánico (CTMP)? Si en el proceso termomecánico se persigue hacer que los ases fibrosos sean menos rígidos. En el proceso CTMP se impregnan las astillas con químicos, con el objeto de degradar un poco las sustancias que unen las fibras y así evitar que estas se acorten por el efecto del trabajo del refinador. Las pulpas obtenidas con este proceso presentan mejores propiedades para el cartón. El rendimiento en este proceso va de 90 al 95% La calidad de una celulosa, desde el punto de vista proceso de obtención de celulosa, será mayor en la medida que se acerque al proceso químico, por tanto, la celulosa de menor calidad es la celulosa “pasta mecánica” y la de mejor calidad la celulosa química. 1.1.3 Fibras de acuerdo con los ciclos de uso ¿Qué es la fibra secundaria? “Es aquella fibra que formó parte de la estructura de un cartón determinado y este es de nuevo usado para la obtención de fibras celulósicas para fabricar cartón”. En la medida que las fibras tenga un mayor número de ciclos de uso, sus características y propiedades se verán afectadas y por consiguiente también las propiedades del cartón. Ver figura No. 9. 19 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Figura No. 9, Fibra secundaria En la elaboración del cartón utilizan un alto porcentaje de fibras recicladas. ¿Por qué es importante hacer un análisis de las fibras secundarias utilizadas en la elaboración del cartón? Las fibras secundarias tienen un comportamiento diferente respecto de las fibras primarias durante y en la estructuración del cartón, debido a la posibilidad que tiene cada una de ellas de desarrollarse durante el proceso de refinación. Analizando el desarrollo de la fibras vírgenes durante el proceso de refinación, la fibra en base a un trabajo mecánico, se fibrila interna y externamente. Figura No. 9, Fibra secundaria 20 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Esto hace que la fibra no solo se le provea de posibilidades de unirse con otras fibras mediante las fibrillas unidas a la fibra principal, sino que esta unión se puede dar también porque al fibrilarse internamente se vuelven flexibles y pueden unirse a fibras ubicadas en otro plano. En el caso de las fibras secundarias, la refinación las desarrolla pero solo externamente, por lo que la fibra tiene solo mayores posibilidades de unión fibrilar por efecto de las fibrillas debidas a la fibri- lación externa pero no por la flexibilidad debida a la fibrilación interna. La fibrilación externa no se da en una fibra secundaria debido a que es una fibra colapsada y horneada, por lo que ya sus propiedades debidas a los poros naturales de la fibra se han perdido y hasta ahora no es posible abrirlos con los procesos normales de preparación de pastas. Es evidente que la fibra durante los proceso de elaboración del papel sufre deterioro, pero donde es afectada en su propia estructura es en el proceso de secado, convirtiéndose en un tubo capilar pero colapsado. El secado invierte el proceso de desarrollo de las fibras, porque las áreas abiertas se contraen y además tiene lugar una obstrucción de las huecos dentro de la fibra, a este fenómeno se le llama “hornificación”. Figura No. 10, Fibra hornificada ¿Qué es la hornificación de la fibra? “Es la pérdida de la capacidad de hinchamiento de la pared celular de las fibras, causada por un ciclo de secado y rehumedecimiento”. Ver Figura No. 10. La acción mecánica aplicada a fibras en los refinadores causa que el nivel de hinchamiento de una pulpa seca y rehumedecida se eleve al nivel de la pulpa nunca seca y aún la supere (Lainins y Scallan, 1994). 21 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado ¿Qué efecto tiene la hornificación en la fibra? La fibra además de colapsarse y sus consecuentes efectos en sus poros, se torna rígida, lo que la lleva a ser un elemento con mayor fragilidad, y con ello exige un trato diferente en algunos procesos de preparación de la pasta, como en el desfibrado y la refinación. 1.2 Minerales utilizados Los minerales utilizados en la elaboración del cartón se denominan cargas. Se le denominó “carga” debido a que el uso de ellas puede afectar el peso base del cartón. Ver figura No. 11. Figura No. 11, Carbonato de calcio ¿Cuáles son las funciones de las cargas? • Disminuye los costos en la elaboración del papel • Incrementan la blancura • Mejoran las propiedades ópticas • Mejoran las propiedades de la hoja al ubicarse en los huecos • Mejoran la impresión • Proporcionan al papel estabilidad adimensional Disminución de los costos del papel El adicionar cargas o minerales en el papel, se hace con el fin no solo de proporcionar al papel algunas propiedades sino también sustituir un porcentaje de fibras celulósicas y al hacerlo se reduce el costo de fabricación del papel, ya que los minerales tienen un valor monetario inferior al de la celulosa. 22 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Pero la adición de minerales en el papel no es arbitraria, porque la cantidad de mineral también debe ser regulada por las propiedades físicas que se requieren en el papel. Incrementa la blancura Al adquirir un mineral para carga del papel, no se hace sino exigiendo una serie de propiedades en el papel, entre las cuales está la blancura. Las blancuras requeridas en el mineral son altas de tal manera que el mineral deberá ser igual o de mayor blancura que la celulosa, con el fin de incrementar la blancura del papel. Ver Figura No. 12. Figura No. 12, Adición de los minerales al papel Mejoran la propiedades ópticas Las fibras tienen dimensiones que se establecen en mm, y al formar estas el papel, se entrelazan pero quedan entre ellas una gran cantidad de huecos donde al adicionar minerales y al ser estos partículas mucho más pequeñas que las fibras, ya que se miden en micras, es decir, milésimas de milímetro, pueden ubicar en esos huecos y producir un papel más denso, y al mismo tiempo, le imparten propiedades superficiales y ópticas. Ver figura No. 13. La adición de cargas mejora la impresión El adicionar las cargas o minerales al papel dan la posibilidad de proporcionarle una superficie más llana, lo que permite también que la impresión y la escritura que se deposita sobre su superficie tienda a sermás fiel.No solo mejora la impresión sino que también por los minerales y sus propiedades, como la forma de la partícula, pueden se factores que regulen la absorción de las tintas utilizadas en la escritura e impresión. 23 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Figura No. 13, Minerales ubicados entre las fibras del papel Las cargas proporcionan al papel estabilidad adimensional El papel generalmente modifica sus dimensiones al absorber agua, ya que las fibras tienden a crecer; pero si se tiene un porcentaje de minerales, las partículas de este no tienen el efecto que la humedad ocasiona a las fibras, por tanto, el papel con cargas sufre menos cambios de dimensiones. ¿Qué exigencia son necesarias en los minerales cuando se utilizan en la elaboración del papel? • Una necesidad imperiosa es que las partículas del mineral se ubiquen dentro de la estructura del papel, es decir, que se retenga la mayor cantidad posible. • Los minerales que se usen en la elaboración del papel, deben de poseer un porcentaje óptimo de partículas de un tamaño determinado, siendo este el 80 % de partículas menores de 2 micras, como mínimo. • El porcentaje de mineral utilizado debe ser aquel que garantice que las resistencias necesarias en el papel no se vean afectadas, l uso al cual será destinado. • Las partículas de mineral utilizadas deben de estar fuertemente unidas al papel, evitando al máximo su separación. Dispersión del mineral Es muy importante para obtener un óptimo rendimiento en el uso de minerales como carga del papel, que las partículas de este se encuentren óptimamente dispersas. Ver figura No. 14,15 y 16. 24 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Figura No. 14, Preparación y dispresión del mineral Figura No. 15, Pobre distribución de la carga en el papel Figura No. 16, Buena distribución de la carga en el papel 25 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Tipos de minerales El mineral de mayor uso en la elaboración del papel en ambiente neutro y alcalino es el carbonato de calcio el cual puede encontrarse en diferentes formas de partícula de acuerdo con su procedencia. El carbonato de calcio puede ser natural o precipitado. Una de las ventajas de carbonato de calcio precipitado es que la forma de la partícula puede ser influenciada por las condiciones de operación durante su preparación. Algunos tipos de mineral pueden ser vistos en las siguientes figuras: Ver Figuras 17 y 18. • Tamaño de partícula • Distribución de tamaño de partícula • Forma de la partícula • Índice de refracción • Blancura • Área superficial específica • Carga de la partícula • Abrasión o abrasividad Figura No. 17, Carbonato de calcio 26 Figura No. 18, Carbonato de calcio precipitado Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Tamaño de partícula Cuando se habla de tamaño de partícula, se está tratando de expresar las dimensiones que la partícula posee y casi siempre está referida al diámetro equivalente, es decir, el diámetro que tendría la partícula tomando como referencia el promedio de las dimensiones del ancho de la partícula. Distribución de tamaño de partícula Una de las exigencias que se tienen en los minerales que se utilizan como carga en el papel es que las partículas de este mantengan un porcentaje arriba del 80 % menores de 2 micras, con el objetivo de proveer al papel de las propiedades tanto superficiales como ópticas. Ver figura No. 19. Figura No. 19, Gráfica de distribución de tamaño de partícula Forma de la partícula Los minerales que son más comu- nes en la fabricación del papel, suelen tener diferente forma: a veces es, exagonal, otras es esférico, otras rómbico, etc. Lo importante en este caso es que la forma de la partícula no solo es importante en la aportación de las propiedades del papel sino también en las propiedades intrínsecas al mismo mineral como la abrasividad. Ver figura No. 20. Figura No. 20, Caolín 27 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Índice de refracción El índice de refracción de un mineral tiene influencia directa en la dispersión de la luz, de acuerdo con su composición química y su arreglo atómico en su estructura cristalina. De acuerdo con la refracción de la luz del mineral, los rayos de luz se desvían. Hay minerales que tienen un poder “birrefringente”, por tanto, son cargas de mucha utilidad para dar propiedades ópticas al papel. Ver figura No. 21. Figura No. 21, Forma de la partícula de algunos minerales Blancura La adición de minerales en la estructura del papel, no solo es con el fin de rellenar los huecos y allanar su superficie, sino también para incrementar su blancura. Por ello, una de los requerimientos que se tienen en cualquier mineral o carga es la blancura, la cual debe esta por arriba de los 80o de blancura. Área superficial específica El mineral o carga tiene como una de sus características de mayor importancia, el tamaño de partícula, exigiendo un porcentaje alto de partículas menores de 2 micras, lo que además de ser útil para dar propiedades al papel, también es trascendente para ofrecer una mayor área superficial. Abrasividad Una de las propiedades que debe cuidarse en un mineral para carga es que su abrasividad sea la menor posible, es decir, que sea un mineral que cause el menor daño posible en equipo y vestiduras. La abrasividad permitida en un mineral para carga va de 0 a 6 g/m2. 28 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 1.3 Agua en el cartón El agua es un elemento que tiene gran trascendencia no solo desde los procesos de preparación de la pasta, donde se individualiza, limpia de impurezas y aire a la suspensión fibrosa, sino también en la formación y estructuración del papel. Sin embargo, el agua a la que ahora se hace referencia es aquella cantidad de agua que permanece en el papel y que es muy importante no solo para darle un óp- timo acabado sino también para que este manifieste durante su caracterización y su uso las propiedades adecuadas y propias. 1.4 Aire en el cartón El aire es un elemento que se encuentra en la estructura del papel, y algunos autores llegan a considerar que la relación aire/sólidos es de 60/40. El aire no solo es un elemento que por naturaleza está presente en el papel sino que también tiene que ver mucho en algunas propiedades del mismo como la opacidad. En la medida que la cantidad de aire se reduce por el calandreo, en esa misma medida decae el valor de la opacidad. 1.5 Sustancias químicas en el cartón En la elaboración del papel se utiliza una gran variedad de sustancias químicas que tienen dos funciones: • Auxiliar a la operación de la máquina de papel • Dar propiedades al cartón 1.6 El almidón El almidón es la sustancia con la que las plantas almacenan su alimento en raíces (yuca), tubérculos (papa), frutas y semillas (cereales). Ver Figura No. 22 Figura No. 22, Almidón 29 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Desde el punto de vista químico, el almidón es un polisacárido y es el resultado de unir moléculas de glucosa formando largas cadenas, aunque pueden aparecer otros constituyentes en cantidades mínimas. El polímero del almidón está constituido de unidades de anhidroglucosa (C6H10O5). Se diferencia de los demás hidratos de carbono existentes en la naturaleza en que se presenta como un conjunto de gránulos o partículas. Estos gránulos son relativamente densos e insolubles en agua fría, aunque pueden dar lugar a suspensiones cuando se dispersan en el agua. Suspensiones que pueden variar en sus propiedades en función de su origen. El almidón es una sustancia que se obtiene exclusivamente de los vegetales que lo sintetizan a partir del dióxido de carbono que toman de la atmósfera y del agua que toman del suelo. En el proceso, se absorbe la energía del sol y se almacena en forma de glucosa y uniones entre estas moléculas para formar las largas cadenas del almidón, que pueden llegar a tener hasta 2000 o 3000 unidades de glucosa. El almidón está realmente formado por una mezcla de dos sustancias, amilosa y amilopectina, que sólo difieren en su estructura: la forma en la que se unen las unidades de glucosa entre sí para formar las cadenas. Pero esto es determinante para sus propiedades. Así, la amilosa es soluble en agua y más fácilmente hidrolizable que la amilopectina (es más fácil romper su cadena para liberar las moléculas de glucosa). La amilosa es un polímero lineal, muy parecido a la estructura de la celulosa y la amilopectina es un polímero ramificado. Los procesos que se utilizan para modificar la estructura de un almidón son los procesos terma- les o el despolimerizado químico, para así, reducir su viscosidad y disminuir la tendencia de la goma a forma gel o cristalizar a temperatura bajas. El origen del almidón, es diverso, pero las fuentes más comunes son: Ver figura No. 23. • Papa • Maíz • Trigo • Tapiocaz • Arroz 30 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Contenido de almidón en el maíz, se nuestra los porcentajes de almidón en cada uno esto materiales. Ver figura No. 24. Componente Maíz Tapioca Papa % De almidón y carbohidratos Trigo 81.00 89.40 83.50 77.50 % De proteína 10.50 3.70 10.00 15.10 % De aceite 4.50 1.40 0.50 2.30 % De fibra 2.50 3.70 2.00 2.60 % De mineral 1.50 1.80 4.00 2.10 Figura No.24, Contenido de almidón en fuentes de obtención de mismo Sería una problema, si se utilizara el almidón en estado natural, es decir, sintetizado a partir de la papa, maíz, trigo o tapioca, debido a que el almidón sin tratar, y curado directamente solo con agua, tiende a gelificarse, formando una gelatina de una alta viscosidad, lo que sería un gran problema en las pinturas para recubrimiento. La modificación de los almidones ha sido la práctica común para obtener productos que sean adecuados para ser usados en las pinturas de recubrimiento. 31 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Modificación del almidón por cocimiento El almidón en polvo se mezcla con agua; la suspensión formada es enviada al proceso de conocimiento, utilizando vapor, el cual eleva la temperatura de la suspensión hasta 160 oC, y el almidón ya cocido y modificado se envía a un tanque de almacenamiento de donde se bombea hasta la prensa de encolado. Ver Figura No. 25. Figura No. 25, Prensa de encolado Los rodillos de la prensa de encolado están cubiertos con una capa de encolante, cuyo espesor fue regulado de antemano por un rodillo; el papel al hacer contacto con el rodillo se impregna con la capa del encolado. En muy pocas ocasiones, la prensa de encolado hace honor a su nombre, es decir, encola realmente la superficie del papel. Generalmente la prensa de encolado deposita sobre el papel una capa de material cuyo fin principal es ayudar a un óptimo acabado. 32 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 1.7 Abrillantadores ópticos Los abrillantadores ópticos, agentes abrillantadores ópticos, son colorantes que absorben luz en la región ultravioleta y violeta (usualmente 340-370 nm) del espectro electromagnético, y re-emiten luz en la región azul (típicamente 420-470 nm). La fluorescencia es una respuesta rápida de emisión de corta duración, a diferencia de la fosforescencia, que es una emisión retardada. Estos aditivos son usados frecuentemente para mejorar la apariencia de color de textiles y papeles, causando un efecto percibido de “blanqueamiento”, haciendo que los materiales parezcan menos amarillos al incrementar la cantidad total de luz azul reflejada. Figura No. 26, Absorción de la luz por los blanqueadores ópticos Los blanqueadores ópticos son una especial clasificación de teñidores que son utilizados en la elaboración del papel. Los OBAs, trabajan absorbiendo la luz ultravioleta, invisible a los ojos humanos, emitiéndola como luz blanca o azul, visibles al ojo humano para aumentar el brillo. Ver Figura No. 26. 33 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 2. Proceso de desfibración 2.1 Objetivo de la desfibración Este el proceso mediante el cual se transforma la materia prima en una suspensión fibrosa, con el objeto de individualizar las fibras, hidratarlas y transportarlas en forma de suspensión a través de tuberías, a todos los diversos procesos del sistema de preparación de pastas. Ver figura No. 27. Figura No. 27, Formación de la suspensión fibrosa Cualquiera que sea la fibra utilizada, es indudable que lo que se busca en este proceso es sólo la separación de las fibras hasta un estado individual, siendo éste el objetivo principal del pulper y de ninguna manera provocar en ella un acortamiento o cualquier daño. Ver Figura No. 28. Figura No. 28, Separación de la fibra 34 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 2.2 Fuerzas que actúan en el proceso de desfibrado. Las fuerzas que se conjugan para llevar a cabo el proceso de desfibrado, se pueden clasificar de la siguiente manera: • Fuerza mecánica. Esta influye en el proceso de desfibrado y está dada por el choque a que se somete el material fibroso debido al giro del rotor. Ver Figura No. 29. Figura No. 29, Separación de la fibra por acción mecánica • Fuerza hidráulica. Esta fuerza es creada por el rotor en combinación con los deflectores, generando movimientos de la suspensión fibrosa dentro del pulper que no sólo orientan al material fibroso hacia el rotor, sino que también favorece la interacción del material fibroso entre sí para llevar a cabo la desintegración hasta la individualización de las fibras. Ver Figura No. 30. Figura No. 30, Separación de la fibra por acción hidráulica 35 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado • Fuerza de fricción. El rotor está generalmente ubicado en la base inferior de la tina del pulper, bajo este se encuentra una placa perforada a través de la cual se extrae la suspensión fibrosa; entre esta placa y el rotor se encuentra un espacio libre por donde pasa el material fibroso mientras el rotor está girando, y es aquí donde se genera la fuerza de fricción, fuerza que tiene influencia en el proceso de desfibrado. Ver Figura No. 31 Figura No. 31, Separación de la fibra por fricción 2.3 Parámetros en el proceso de desfibrado Sea cual sea el equipo utilizado en el proceso de desfibrado, es fundamental conocer y optimizar las condiciones de operación o parámetros que deben de ser mantenidas para minimizar el tiempo para que se desintegre totalmente la materia prima fibrosa. Los parámetros en la desfibración son los siguientes: • Tiempo. De acuerdo con las características del equipo y al tipo de materia prima utilizada, debe determinarse perfectamente el tiempo mínimo para obtener una desfibración completa. • Consistencia. Uno de los parámetros más importantes que deben de controlarse perfectamente en cada uno de los procesos del sistema de preparación de pastas es la “consistencia”. Por ello, es esencial que desde el proceso de desfibración también se controle adecuadamente. • Temperatura. En algunos casos, debido al tipo de materia prima utilizada o para acortar el tiempo de desfibrado, se calienta el agua que se adiciona al pulper para facilitar la disgregación de las fibras. 36 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 3. La refinación de la celulosa 3.1 Proceso de refinación Todos los procesos de preparación de pastas son importantes en la elaboración del papel. Sin embargo, el proceso de refinación quizá es más notorio porque un cartón siempre será evaluado de acuerdo con sus resistencias físicas; y por otra parte, hay papeles en donde las propiedades superficiales y ópticas son de mayor trascendencia que las resistencias físicas de acuerdo con su uso. Ver Figura No. 32. Figura No. 32, Fibras fibriladas La fibra es un tubo capilar y si esta se pone en contacto con otras fibras la posibilidad de unirse a ellas estará limitada por el contacto que esta tenga con ellas. Por ello si al tubo capilar se le dota de ramificaciones la fibra se unirá en mayor grado y número a otras fibras, dando con ello uno de los fenómenos que más se quieren obtener durante la formación del cartón. Esta es por consiguiente, la razón que mueve a todos los papeleros a refinar la fibra, es decir, machacarla mecánicamente y a través de este trabajo realizado sobre la fibra, abrirle ramificaciones superficiales y hacerla más flexible, propiedad que se obtiene al machacar la fibra y aplastar y deformar su capas internas. La refinación es un trabajo mecánico dado a la fibra y cuyo objetivo es fibrilarlas, al mismo tiempo, que se le abren ciertas ramificaciones superficiales a la fibra para introducir moléculas de agua para hidratar la fibra. Existiendo también la posibilidad de que durante este trabajo mecánico, la fibra se corte o se separen fibrillas debido a una fibrilación excesiva, proporcionándoles cierta particularidad, en función de la cual dará al cartón ciertas propiedades de resistencia y calidad. Cuando el desarrollo de la industria era mínimo y la elaboración del papel se efectuaba en forma manual, no se tenían exigencias de refinación sobre las fibras, porque el mismo tipo de proceso y las necesidades requeridas en las resistencias de la hoja húmeda, eran de hecho nulas. 37 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Sin embargo, el aumento en el consumo del papel trajo como consecuencia el desarrollo de la técnica en su elaboración. Los diferentes usos del papel ocasionaron que las resistencias de este fueran específicas, puesto que la “refinación” debería de ser adecuada para cada caso en particular. Las tensiones a las que fue sometida la hoja húmeda, cuando se comenzaron a utilizar las máquinas de papel, hacían necesario que las fibras se entrelazaran entre sí, de tal forma que soportaran dichas tensiones, y al mismo tiempo le proporcionaran al final determinadas características físicas propias, todo lo cual viene dado por la refinación. Los primeros trabajos de acción mecánica o “refinación” sobre las fibras se llevaron a cabo en máquinas que efectuaban una molienda o un machacado sobre ellas. La pila holandesa fue uno de los equipos de refinación y batido que tuvo gran auge, de tal forma que el trabajo que se llevaba a cabo en estos equipos llegó a ser un arte. Este proceso aún se utiliza en fábricas donde se elaboran papeles especiales. Por otro lado, a medida que las máquinas de papel desarrollaron más velocidad, la pila holandesa dejó de ser útil y eficaz, no en lo que se refiere al proceso de refinación, sino por la celeridad y continuidad de esta, pues un proceso continuo de fabricación de papel, requiere un proceso de refinación continuo que garantice el abasto de pasta a la máquina de papel, lo cual no podía tenerse por el uso de la pila holandesa, por lo que se originó una simplificación al máximo en las operaciones de preparación de pastas y por consiguiente, en la refinación. Ver Figura 33. De esta manera se desarrollaron equipos denominados refinadores para satisfacer las necesidades de abasto de pasta a la máquina de papel y al mismo tiempo desarrollar en las fibras, propiedades adecuadas para dar al papel las resistencias exigidas. Figura No. 33, Machacado de las fibras 38 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 3.2 Equipos utilizados en la refinación Pila holandesa La pila holandesa consta de una tina; cuyo material de construcción puede ser de hierro, acero, concreto, etc., lugar donde se deposita la suspensión fibrosa a una consistencia determinada. Como elementos de refino tiene una placa fija dorada de barras separadas entre sí por trozos de madera, formando canales. Esta placa está colocada sobre la parte inferior de la tina y sobre la placa se encuentra el molón, en forma de cilindro, cubierto también con barras igualmente separadas por trozos de madera. El molón está movido por un motor. La pasta cuando va a ser refinada se hace pasar entre la placa y el molón; circulando la suspensión a través de la tina, durante cierto tiempo, hasta que han sido desarrolladas en las fibras ciertas propiedades. Cuando la fibra ha sido llevada hasta un grado de refinación determinada, se vacía la tina a través de un ducto de descarga, para así de nuevo comenzar otro batido. Ver Figura No. 34. Como puede apreciarse para llevar a cabo la refinación en una pila holandesa, se requiere que la suspensión fibrosa circule durante cierto tiempo dentro de la tina, esto hizo que la pila holandesa no fuera eficaz en máquinas de mediana y alta velocidad, puesto que estas requerían de procesos continuos en el sistema de preparación de pastas. Figura No. 34, Pila holandesa Refinador cónico Los elementos de refino en un refinador cónico son el estator y el rotor; el rotor es un cono cubierto con cuchillas separadas entre sí por fragmentos de madera formando canales. Este cono está unido a una flecha y esta a su vez a un motor que la hace girar dentro de un estator, el cual también está cubierto de barras separadas de la misma manera que el rotor. Al girar el rotor dentro del estator se hace pasar la suspensión fibrosa, penetrando esta por la parte más delgada del cono y saliendo por el lado opuesto. 39 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado La severidad con que la fibra es tratada en un refinador cónico puede ser modificada por medio de un acercamiento entre las cuchillas del rotor y las del estator, llevándose a cabo por medio de un sistema mecánico utilizando un tornillo sinfín. El accionamiento de este sistema puede ser llevado a cabo manual o en forma automática. Ver Figura No. 35. Figura No. 35, Refinador cónico Figura No. 36, Refinador de discos Refinador de disco Históricamente se han desarrollado equipos diferentes de refinación, desde las máquinas de machacado hasta las refinadoras de disco. Sin embargo, el elemento principal de refinación y las barras, no ha cambiado hasta ahora, sólo se ha modificado geométricamente. Ver Figura No. 36. Para que un refinador de disco sea eficiente, para cualquier tipo de papel o cartón que se preten- da producir, es necesario: • Que el diseño del disco sea el adecuado. • Una aplicación apropiada del disco. Un diseño adecuado del disco favorecerá el tratamiento de la fibra, de tal manera que se produzca una óptima fibrilación y un mínimo de corte, propiedades que se verán reflejadas en las resistencias físicas del papel y en el drenado de la pasta. Como se había expresado anteriormente, el refinado de discos tuvo su auge hasta hace poco tiempo debido a que su construcción implicaba óptima precisión; . Sin embargo, con los aparatos actuales de construcción esto ya no es un obstáculo. Tomando en cuenta esto último, puede decirse que el refinador de discos le lleva mucha ventaja al refinador cónico, ya que en un momento determinado es mucho más fácil el cambio de elementos de refinación en refinador de discos que en el cónico y, en general, es mucho más sencillo su manejo y su reparación mecánica. 40 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado El diseño del disco reviste gran importancia porque en función de su diseño pueden lograrse cambios importantes en la fibra, la cual trascenderá en las resistencias y calidad del papel. Por tanto es importante establecer el diseño adecuado del disco en función de las necesidades de refinación y resistencias del cartón. El diseño del disco puede alterarse por factores tales como: • Ancho de la barra o cuchilla • Longitud de la barra o cuchilla • Ancho de la ranura • Profundidad de la ranura • Longitud de la ranura • Angulo de la cuchilla • Cara de la cuchilla • Desviadores de flujo • Anillos de control periférico • Material de revestimiento En última instancia, lo que determina la elección del disco es la fibra y las especificaciones del cartón. El refinador de disco consta de dos discos: uno giratorio y otro estático. Uno de los discos gira frente al otro con una separación determinada por la severidad con la que se requiere tratar a la fibra. A través de esta abertura, dada por la separación de los discos, se hace pasar la suspensión fibrosa de tal forma que el disco rotatorio al girar frente al disco fijo presiona las fibras entre las barras produciéndose así la refinación. La separación entre los discos puede realizarse manual o automáticamente. Las barras que cubren las placas o segmentos del disco del refinador tienen determinado diseño, pero sea cual fuere esta configuración, se forma un área a través de la cual se distribuye la pasta y otra área llamada de refinación. La diferencia en la configuración de los segmentos determina el batido y la refinación de la pasta. 41 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Un factor importante en la refinación es el ángulo de las barras de los segmentos, ya que ángulos bajos, entre 0 y 15°, cortan las fibras más que los ángulos grandes de 25 a 45°. Existen, también, refinadores de disco constituidos por 4 discos, 2 fijos y 2 rotatorios, el disco rotatorio está cubierto por ambos lados por segmentos de refinación y los discos fijos están coloca dos frente ambas caras del disco rotatorio. Este disco es flotante, es decir, al entrar la pasta al refinador y por efecto de la presión que ejerce, se centra por sí solo entre los discos fijos. Para ajustar el claro deseado entre discos, se hace por medio de un mecanismo hidráulico que mueve uno de los discos fijos. Ver Figura No. 37. En el refinador de discos, el trabajo mecánico que se efectúa sobre las fibras, se hace en forma tal que los elementos de refino se encuentran de frente, asegurando: • Un tratamiento homogéneo de las fibras. • Desgaste uniforme de las barras 3.3 Medición de la refinación El trabajo mecánico o refinación que se ejecuta sobre las fibras debe ser cuantificado en cierta forma, para así determinar el grado de refino al cual han sido llevadas las fibras. La refinación debe permanecer constante ya que de ella dependen las características físicas del papel y la operación de la máquina de papel. Por lo tanto, es necesario comprobar con cierta frecuencia al grado de refino. Para llevar a cabo la medición de la refinación se utilizan 2 métodos: • Canadian Standard Freeness ( C. S. F. ). • Schopper Riegler ( ° SR ). Figura No. 37, Discos para refinador 42 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Canadian Standard Freeness El freeness es una prueba enteramente empírica que busca determinar, la velocidad con que puede drenar una suspensión fibrosa de 3 gramos diluida en un litro de agua. Ver Figura No. 38. Para llevar a cabo la prueba de freeness, se toman 3 gramos de fibra base seca o volumen de suspensión que contenga un equivalente a 3 gramos de fibra base seca. Se desintegran perfectamente y se diluyen a 1000 ml, de agua, depositándolos en una cámara de drenado. Esta cámara es de bronce en cuya base se encuentra un plato y una tapa de bronce que sirve para cerrar la cámara. Sobre la cámara de drenado hay también una tapa prevista de una válvula para admisión de aire al inicio de la prueba. Cuando se va a efectuar, la prueba se abren la tapa inferior de la cámara de drenado y a continuación la válvula de la tapa superior para quh e pueda drenar la pasta. El líquido drenado se recoge en una probeta graduada, se toma la lectura y se corrige el dato obtenido de acuerdo con la temperatura de la pasta, para lo cual se tiene una capa de valores. Para reportar los resultados de la prueba de freeness, se obtiene haciendo el promedio de las lecturas (2 o 3) corregidas a 0.3% de consistencia y a la temperatura de 25°C. Figura No. 38, Canadian Standard Freeness 43 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Drenabilidad de la pasta por el método Shopper-Riegler Lo mismo que para el freeness, el Shopper-Riegler mide la capacidad de drenado de una fibra. Ver Figura No. 39.  Este método es aplicable a casi todas las pulpas con excepción de aquellas que son demasiado cortas. El principio en que se basa este método es el siguiente: Una cantidad conocida de pulpa se pone en suspensión, misma que se drena a través de una malla. Un embudo colocado en la parte inferior en cuyo fondo se encuentra un orificio, se une para conducir el agua drenada. El filtrado colectado es medido en un cilindro especial, en unidades °SR. Una descarga de 1000 ml, corresponde a 0 oSR y cero descarga corresponde a 1000°SR. Una unidad °SR corresponde a 10 ml. El peso de la pulpa base seca que se le va medir el °SR es de 2.0 gramos y se debe ajustar a una temperatura de 20.°C. Ver Figura No. 40. Si se efectúa una prueba con un peso mayor o menor que el indicado, se tiene que realizar una corrección de acuerdo con la gráfica. 44 Figura No. 40, Gráfico para la corrección de Shopper Riegler Figura No. 39, Shopper Riegler Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 3.4 Factores que influyen en la refinación desde el punto de vista del proceso: Temperatura La temperatura es un factor importante en la refinación y tiene mucha influencia sobre esta. La refinación al ser un trabajo mecánico a base de presión y fricción de dos metales sobre la fibra, produce calor, el cual va aumentando gradualmente y puede llegar en algunos casos hasta 60 70°C. Un aumento en la temperatura de la pasta durante la refinación puede tener consecuencias negativas, ya que la hidratación de las fibras se ve disminuida y el fenómeno de corte de la fibras se ve favorecido, lo que acontece porque las fibras al no hidratarse adecuadamente, el hinchamiento disminuye provocando que la fibra quede menos flexible y plástica conduciendo esto a un mayor corte. Al aumentar la dificultad de la refinación por la rigidez de la fibra, lleva consigo un aumento en el gasto de la energía. Cuando una pasta sobrepasa la temperatura de 40°C entra de lleno lo que se llama “fase crítica” de la refinación. Se llama “fase crítica” de la refinación, porque trae consigo los problemas antes mencionados, pero además, siendo la refinación una operación fundamental en la elaboración del cartón, perjudica la calidad, costo y propiedades físicas del mismo. Con los refinadores de disco, en los cuales el tiempo de contacto con la pasta es muy rápido se puede evitar este problema, pues se ha visto que raramente sobrepasa el rango de 30 - 40°C. Consistencia de la pasta La tendencia actual es producir una refinación a alta consistencia en la suspensión fibrosa. El objetivo de trabajar a concentraciones elevadas es para obtener un trabajo mecánico sobre la fibra más eficiente, se preserva la longitud de la fibra y hay superior desarrollo de enlaces de fibras, aunque la opacidad es más baja, quizá debido al menor contenido de finos y mejor enlace interfibrilar. Es también notorio que el refinar a alta consistencia incrementa el área superficial de la fibra, así como también la resistencia del enlace. Cuando una pasta es refinada a baja consistencia, el contacto entre las cuchillas del área de refinación es más constante, lo que no sucede si la operación mecánica sobre la pasta se realiza a alta consistencia, con lo cual se tiene un aumento en la vida media de los elementos de refino y una mejor refinación. 45 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado El pH Para una misma pulpa, un pH bajo puede significar hasta un 40 % más en requerimientos ener- géticos. Cuando el pH es elevado (10 pH), el valor de retención de agua (WRV) aumenta en pulpas in- dustriales. Algunos reportes al respecto, indican que el papel hecho bajo condiciones alcalinas es más fuerte que el papel elaborado en un proceso ácido. Es posible que el hinchamiento, fibrilación y retención de agua sean incrementados por el pH más alto y que consecuentemente sean establecidos enlaces más fuertes en la hoja. En resumen, el pH ácido favorece el acortamiento de las fibras y generación de finos mientras que el pH alcalino genera el desarrollo de resistencias. 3.5 Factores que afectan la refinación desde el punto de vista morfológico Longitud de la fibra La longitud de la fibra afecta la formación de grumos lo que lleva consigo una heterogeneidad en la fibra. Desde el punto de vista consumo de energía, la longitud de la fibra y su aspereza, determinan el consumo de la energía durante el proceso de refinación. La energía específica disminuye al aumentar la longitud de la fibra, de igual manera lo hace al decrecer su rugosidad. (5) Espesor de la fibra Paavilainen, Leena establece que la razón de enlazamiento de una red fibrosa de pared delgada, es cuatro veces el de una red fibrosa de pared gruesa; además de que el espesor de la pared celular controla el área enlazada a través de la flexibilidad de la fibra húmeda. Concluye también en que el espesor de la pared celular controla la habilidad de enlace de la fibra proveniente de coníferas y su desarrollo durante el batido. Este mismo autor en otro de sus trabajos, establece que las fibras de pared gruesa muestran extensa fibrilación y forman más finos que fibras de pared delgada durante la refinación. La rigidez de la pared celular, por otro lado, depende de la estructura de la fibra, composición química y contenido de agua en la pared celular, como también del proceso de secado y tratamientos químicos y mecánicos a los cuales son sujetas las fibras. 46 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Flexibilidad de las fibras La flexibilidad de la fibra es afectada por su hinchamiento y depende del espesor de la pared celular y del ancho de la fibra. Las diferencias en la flexibilidad de la fibra húmeda de coníferas, como también su desarrollo durante la refinación, son debido a las variaciones en el espesor de la pared celular. La flexibilidad de la fibra húmeda se incrementa en la medida que se incrementa la pared celular. 3.6 Factores que afectan la refinación desde el punto de vista químico Contenido de hemicelulosas Las hemicelulosas son compuestos poliméricos polisacáridos de bajo peso molecular que están íntimamente asociados con la celulosa. Algunas de las hemicelulosas contienen diferente configuración de sus grupos H y OH que la glucosa, algunas tienen grupos carboxilos (COOH) y otras contienen ligeras diferencias en sus unidades espaciales. De este modo, si alguna de estas unidades de azúcares está presente entre las cadenas de celulosa o son incorporadas en la larga estructura molecular de las cadenas, preverían efectivamente algunas uniones laterales de las cadenas con las cadenas vecinas. La presencia de hemicelulosas puede y es una indicación de zona amorfa en áreas adyacentes a o en la pared de la fibra, constituyendo una zona débil. Por otro lado, las hemicelulosas proveen más grupos polares para atraer agua. Las zonas débiles hacen a la fibra más susceptible de producir la fibrilación externa e interna, producto del tratamiento mecánico de refinación. Esta es, probablemente, la razón principal de por qué en las pulpas que contienen mayor porcentaje de hemicelulosas se logra una considerable disminución del tiempo de refinación, para lograr los mismos efectos que en las pulpas bajas en hemicelulosas. Las hemicelulosas de coníferas están constituidas de un gran número de compuestos, pero, los que están en mayor proporción son los xilanos, mananos y galactanos, quienes están incluidos en ara- binoxilanos, arabinogalactanos y glucomananos presentes en la pared celular como mezclas de polisa- cáridos, con moléculas individuales de estructura similar, pero, con diferentes grados de polimerización, naturaleza y posición de cadenas laterales agregadas a la cadena principal de la estructura molecular. La plastificación, solubilidad parcial en agua y, la gran área superficial promovida por las hemíce- lulosas dentro y sobre la superficie de las fibras, conduce a aumentar el contacto entre fibras durante la formación del papel y secado. También se sabe que las hemicelulosas son susceptibles a la absorción e hinchamiento en agua, porque su estructura general carece de cristalinidad, es de bajo peso molecular, es irregular y en algunos casos tiene una configuración ramificada. 47 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Como se dijo anteriormente, la presencia de hemicelulosas afecta la refinación, pero, últimos estudios reportan que las características de la refinación están directamente relacionadas con el conteni- do de poliurónidos (constituidos por cadenas de pentosas o hexosas enlazadas lateralmente a radicales hexaurónicos, otros azúcares o ambos). David Durán y José Paz estudiaron el comportamiento de las poliosas en las propiedades de la pulpa kraft y kraftAQ refinada. Encontrando que la manosa está relacionada con un mayor índice de rasgado, la xilosa y manosa mejoran el índice de tensión y el índice de explosión; pero no cuantificaron energías de refinación. 3.7 Teoría de la refinación La refinación crea cambios deseables e indeseables en la estructura de la fibra. Los efectos fundamentales de refinación sobre las fibras se pueden discutir en términos de consideraciones termodinámicas, efectos de refinación en estructura primaria, y la interdependencia y aleatoriedad de los efectos de refinación. La naturaleza y extensión de los cambios estructurales deseables depende mucho del uso final de las propiedades, del grado de papel en cuestión y de las características del papel de fibras de pulpa no refinada. Desafortunadamente, la refinación siempre involucra un compromiso entre los efectos deseables (cambios estructurales en la pared celular) e indeseables de la refinación. En muchos casos, el proceso de refinación es controlado principalmente ajustando la carga del refinador. Desde un punto de vista termodinámico, se pueden clasificar los efectos primarios de refinación como los siguientes: • Creación de nuevas superficies • Creación de nuevas partículas • Generación de daño estructural y modificaciones Las dos respuestas fundamentales del batido listadas, rotura de puentes de hidrógeno y rotura de enlaces covalentes, son un prerrequisito para que tengan lugar estos efectos primarios del batido. 48 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Estos efectos termodinámicos primarios son interpretados en términos estructurales, es decir, como cambios en la estructura de la pared celular de la fibra refinada. Creación de nuevas superficies Existe fibrilación externa, fibrilación interna y fibrilación molecular. La fibrilación externa involucra separación parcial de lamelas y material macrofibrilar (visible bajo microscopio) desde las capas externas de la pared celular. Existe abundante evidencia de la existencia de esta forma de fibrílación. La fibrilación interna consiste de división tangencial interna (y principalmente) de la estructura coaxial de la pared celular con subsecuente absorción de agua. Sin embargo, existe pequeña evidencia visual directa para la existencia de fibrilación interna. La evidencia indirecta consiste en razonamiento deductivo, datos de hinchamiento (volumen específico hidrodinámico, WRV), datos de flexibilización, datos de exclusión de soluto y absorción de gas y, el plegado de las capas externas de la pared celular debido al incremento acentuado del secado, observación microscópica del colapsamiento de las fibras batidas durante el secado. La fibrilación molecular se define como solubilización parcial de la estructura polimérica de los componentes de la matriz de la pared celular. No existe evidencia directa de la ocurrencia de fibrilación molecular en refinación. Sin embargo, existen unos cuantos reportes mostrando que algunos de los materiales de la pared celular se disuelven durante la refinación. Esto se puede tomar como evidencia indirecta de fibrilación molecular. La cantidad de material disuelto reportado en el medio varía de 0.5 a 4 % para pulpas de coníferas. Generalmente hablando, más material se disuelve en pulpas de alto rendi- miento y alto pH. La importancia de varios cationes en determinar las propiedades de pulpa y papel también se pueden tomar como una indicación de fibrilación molecular. Creación de nuevas partículas: Puede ser dividido en 3 clases, basado en el tamaño de las unidades estructurales: • Acortamiento de fibras • Acortamiento y/o aflojamiento severo de las lamelas y macrofibrilas de la pared celular y • Disolución o acortamiento fuera de las moléculas poliméricas de la pared celular. 49 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado El acortamiento de fibras y separación de partes grandes de lamela se llama “generación de finos» y existe abundancia experimental para indicar este efecto primario de refinación. La separación de material macrofibrillar y lamelar desde la pared celular a menudo se llama “separación crill”. Daño estructural y modificaciones Se puede dividir en: • Acortamiento de fibras o lamela • Generación de zonas comprimidas axialmente • Grieta parcial de la pared celular • Creación de zonas débiles invisibles las cuales bajan la rigidez de la pared celular, causando colapso localmente en el secado o ruptura durante deformación, asociada con la carga a la tensión o rasgado. También existe considerable evidencia que mayores cambios tienen lugar en las zonas cristalinas y orientación microfibrillar durante la refinación, pero también se pueden dar cambios causados por secado, estas modificaciones estructurales no se incluyen como efectos primarios de refinación. Los mecanismos involucrados son los efectos de microcompresión y los efectos negativos, los cuales conducen a la estructura del papel en los cuales existe abundancia de oportunidades para la disipación de energía forzada. 3.8 La refinación y las propiedades físicas del papel. La elaboración del cartón no sólo exige dotarlo de una buena apariencia a la vista y al tacto, sino también de ciertas características físicas que lo distinguen y lo hacen apropiado para determinado uso. Todas las propiedades cualitativas y cuantitativas que exige un tipo de cartón en función del uso, se pue- de afirmar que se dan por el desarrollo mecánico que se hace sobre las fibras y otras se le proporcionan en la misma máquina de papel. Las características físicas (rasgado, tensión, Mullen, etc.), están íntimamente relacionados con el grado de refinación, de donde esta operación resulta ser fundamental. Si tomamos en cuenta sólo la resistencia al rasgado, a la tensión y a la explosión, al relacionarlas con la refinación, sus valores van aumentando en la medida que aumente el grado de refino hasta un punto máximo. 50 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Después del cual las resistencias empiezan a decaer, ya que las fibras al ser atacadas con una alta acción mecánica forman finos o fibrillas que son demasiado cortas, lo que hace decaer la acción interfibrilar y por consiguiente, las resistencias físicas. El tiempo de drenado es mayor al aumentar el grado de refinación, pues las fibras cortas y fibrillas, cierran la red fibrosa dificultando su desgaste. Esto es importante si lo llevamos a la mesa de formación donde el tiempo de drenado va a aumentar, lo que trae consigo el tener que realizar ajuste en el formador y la velocidad de la máquina de papel. Los clones integrados, es decir, los ciclones descargan dentro del deaereador alado (Flying Wing). 4. Proceso de limpieza centrífuga. El material fibroso utilizado para la elaboración del cartón es normal que venga acompañado de impurezas. En la fibra virgen, las impurezas más frecuentes son las arenas, pequeñas astillas, pedazos de hierro procedentes del flejado de las pacas; en las fibras para reciclar estas impurezas son mayores en cantidad, tamaño y naturaleza, pues pueden encontrarse maderas, rocas, hierros, plásticos etc. Por ello, cualquiera que sea la clase de materia prima fibrosa utilizada, es necesario limpiarla, sobre todo si se trata de papel para reciclar. Cuando se trabaja con materia prima fibrosa virgen, la limpieza se efectúa con el fin de eliminar aquellos materiales que pueden dañar equipos como el refinador. En este caso, se utilizan ciclones de mediana y alta consistencia. Las pequeñas impurezas como arenas, astillas, serán eliminados en una etapa posterior de limpieza a baja consistencia (0. 5 a 1 %). Por el contrario, cuando se consume fibra para reciclar, la limpieza y depuración iniciales, serán más drásticos. La eliminación de impurezas y material no pulpeable se inicia desde el proceso de desfibrado, donde el pulper está provisto de aditamentos especiales para este fin. Los procesos siguientes, es decir, la limpieza a mediana y alta consistencia, y la depuración, forman unas etapas de limpieza de la materia prima fibrosa tan importantes y necesarias en este caso. Figura No. 41, Sistemas de preparación de pastas para fibra virgen. Figura No. 42, Sistema de preparación de pastas para fibra secundaria. 51 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Figura No. 41, Sistema de preparación de pastas para pulpa virgen Figura No. 42, Sistema de preparación de pastas para pulpa secundaria 52 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado La limpieza centrífuga podría definirse como: “ El proceso mediante el cual se separan materiales por diferencia de densidad, utilizando como elemento fundamental la fuerza centrífuga”. En este proceso se separan todos aquellos materiales cuya densidad es diferente a la densidad de la fibra, y este no debe confundirse con el proceso de depuración, en el cual se separan los mate- riales por diferencia de tamaño, aunque con frecuencia estos procesos se toman como sinónimos; el fin que persiguen son diferentes, así los dos promuevan la limpieza de la suspensión fibrosa. (5) No todos los papeles requieren de un mismo grado de limpieza, pues en realidad quien lo de- termina es su uso final, es decir, no es lo mismo la limpieza que se le da al material fibroso con el cual se va a elaborar papel de envoltura o embalaje, que la realizada sobre la materia prima destinada a la producción de papel de escritura o impresión, donde la limpieza debe ser total si se desea obtener un producto de alta calidad. La eliminación de impurezas presentes en la suspensión fibrosa, no sólo es con el fin de obtener un papel de alta calidad, sino también para prevenir cualquier daño a equipos, vestidu- ras, rodillos y cilindros, etc. En el estudio del proceso de limpieza centrífuga se hará en forma común para todo tipo de ciclo- nes, cuyo principio de operación es el mismo, sea para los de mediana, alta y baja consistencia, sólo se hará énfasis en aquellas cosas que los diferencian. 4.1 Descripción del ciclón centrífugo Los ciclones centrífugos están compuestos de las siguientes partes: Ciclón centrífugo para mediana y alta consistencia • Cuerpo del ciclón I.- Parte cilíndrica II.- Parte cónica, la cual termina en un orificio de diámetro determinado. • Tubo de alimentación. • Tubo de aceptado. • Válvula de aislamiento. • Válvula de rechazos. • Tubo de entrada de agua de elutriación. • Cámara de rechazos. Figura No. 43, Ciclón centrífugo para mediana y alta consistencia 53 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Ciclón centrífugo para baja consistencia • Cuerpo del ciclón. • Parte cilíndrica. • Parte cónica, la cual termina en un orificio de diámetro determinado. • Tubo de alimentación. • Tubo de aceptado. • Tubo de entrada de agua de elutriación. Cualquiera que sea el tipo de ciclón, sus diseños son diversos en lo que se refiere a las dimen- siones del cilindro y el cono, sin embargo lo que no cambia es el principio de operación. Generalmente los ciclones están construidos de piezas intercambiables, las cuales pueden ser reemplazadas cuando alguna de ellas ha sido deteriorada por efecto de la abrasividad de los materiales utilizados en la elaboración del papel, aunque para minimizar este problema y se mantengan los revestimientos internos del ciclón lisos, se usan materiales anticorrosivos y así incrementar su vida útil. Figura No.44, Operación del ciclón Los materiales más usuales en la construcción de los ciclones, son: I.- Porcelanas II.- Acero inoxidable III.- Resina 54 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado IV.- Plástico de alta densidad De acuerdo con la construcción de los materiales, lo que se desea es que el ciclón sufra el mínimo deterioro posible, porque como se expresó anteriormente, cualquier deterioro interno del ciclón afecta su eficiencia, lo que representa una posibilidad de dejar pasar impurezas que provocarán mala calidad del papel o incidirán en la operación de la máquina del papel, al generar puntos débiles en la hoja que pueden traducirse en “caídas de guía”. 4.2 Tipos de ciclones I.- Ciclones libre de vórtice Este tipo de ciclón se utiliza en procesos de mediana y alta consistencia, los cuales sólo emplean la fuerza centrífuga creada dentro del ciclón, debido a la presión con que la suspensión fibrosa es alimentada, para separar las partículas de diferente densidad. En la limpieza a baja consistencia, estos son los ciclones más comunes, sólo que sus dimensiones, respecto a los ciclones de mediana y alta consistencia, son diferentes, lo que significa que, son mucho más pequeños, en razón a que las partículas que separarán con frecuencia son de densidad cercana a la de la fibra, por esta razón también operan a baja consistencia donde la viscosidad es menor y permite una eficaz separación de este tipo de partículas. Figura No.45, Ciclón libre de vórtice II.- Ciclón de rotor inducido El ciclón de rotor inducido, utiliza un motor instalado en su parte superior, el cual trasmite movimiento al rotor, cuya finalidad es crear un vórtice. Este tipo de ciclones pueden emplearse en diferentes consistencias y flujos de alimentación, porque con el rotor inducido crean fuerzas centrífugas de acuerdo con las necesidades de cada caso en particular. Los ciclones de rotor inducido, sólo se emplean en pro- cesos de mediana y alta consistencia. 55 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Figura No. 46, Ciclón de rotor inducido 4.3 Operación del ciclón El ciclón es un equipo que utiliza la energía de presión de un fluido para crear un movimiento rotacional. Al ingresar la pasta tangencialmente a la parte cilíndrica del ciclón, convierte la energía cinética en masa rotatoria, lo que ocasiona un desplazamiento de los materiales suspendidos en el fluido, permitiendo con ello su separación. En esta separación de los materiales debe tenerse en cuenta las propiedades no sólo de la partícula sino también del fluido, como: I.- Tamaño de partícula II.- Forma de la partícula III.- Viscosidad del fluido Al crearse las fuerzas rotatorias, en la parte cilíndrica del ciclón, se crean planos de corte y fuerzas centrífugas muy altas que hacen que las partículas de gravedad específica alta, se deslicen al orificio de rechazos, las cuales salen al ducto colector de rechazos, si es un ciclón de baja consistencia o a la cámara de rechazos si son ciclones de mediana o alta consistencia. Al mismo tiempo que se crea un vórtice estable y un corazón de aire en la parte media del ciclón. 56 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Al alimentarse la suspensión fibrosa al ciclón, formará parte de zona exterior del vórtice y se moverá descendentemente y a más o menos un cuarto de la longitud del ciclón, el cuerpo se hace más estrecho provocando con ello que el vórtice rote más rápidamente. Durante el movimiento rotación unos materiales se mueven radialmente en el exterior, mientras que otros lo hacen de la misma manera pero en el exterior y para mantener esta separación se hacen necesarias dos salidas en el ciclón, una de ellas se localiza en la parte superior del ciclón, o aceptado, y la otra del lado opuesto en el lado inferior, o rechazo. Las combinaciones de estas dos salidas y la imposibilidad de salir todo el flujo por el orificio de rechazos, causa una migración interior de una parte del fluido descendente, invirtiendo la dirección vertical hacia la salida principal, formando una espiral interior, es decir, el flujo de aceptado, el cual fluye alrededor del corazón de aire que permanece en una posición fija, siempre y cuando el ciclón esté operando en forma estable de acuerdo con los parámetros de presión y consistencia previamente establecidos o sin ningún daño interno o en su estructura. Normalmente el ciclón descarga sus rechazos hacia la cámara colectora, si es un ciclón de mediana o alta consistencia, o a través de un tubo que se ahoga en el ducto colector o en la charola colectora, lo que evita la atracción de aire hacia dentro del ciclón debido a que el centro o corazón de aire es una zona de baja presión. En los ciclones de baja consistencia la operación estable y eficaz se torna necesaria debido a que separan partículas muy pequeñas y sobre todo porque su aceptado va casi directamente al formador y las impurezas que lograron pasar formarán parte de la hoja de papel lo que menguará su calidad. (6) Figura No. 47, Ciclón para baja consistencia. 57 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 4.4 Movimiento de las partículas en un ciclón El movimiento de las partículas dentro de un ciclón es complejo. Sin embargo, si se desea conocer la velocidad de la partícula en las fuerzas creadas por el ciclón, se puede utilizar la ecuación siguiente: U = ( rs - r / 18 r J ) d2 v2 Donde: rs = Densidad de la partícula. r = Densidad del fluido. d = Diámetro de la partícula. v = Velocidad del fluido. r = Radio del ciclón. J = Viscosidad del fluido. U = Velocidad de la partícula respecto del fluido. Analizando la ecuación anterior, “U” se incrementa en la medida que lo hace la diferencia de rs - r. También de acuerdo con la ecuación, se puede apreciar que el diámetro del ciclón tiene una gran influencia en la eficiencia de separación, porque para una presión dada a medida que se reduce “r” se incrementa la velocidad del fluido y por lo tanto, el poder de separación de las partículas. De la misma manera, la viscosidad del fluido, en este caso la consistencia utilizada, es determinante en la eficiencia del ciclón, pues a medida que decrece se incrementa la velocidad de la partícula, facilitando el efecto de separación. Para conocer la fuerza centrífuga creada en el ciclón se puede utilizar la ecuación siguiente: F = ( p d3 / 6 ) ( rs - r ) UT / r Donde: UT = Velocidad tangencial. 58 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Si disminuye el radio del cono, aumenta la velocidad tangencial, lo que hace aumentar la fuerza centrífuga, favoreciendo el desplazamiento de las partículas pesadas hacia la pared interna del cono. En el caso de que la fuerza centrífuga disminuya, por cualquier causa, en el eje del cono, tendrá consecuencias negativas, ya que la fuerza en el fluido no es suficiente para que las partículas pesadas puedan ser separadas y se confundirán con las aceptadas, obteniéndose así un flujo con impurezas que alterarán la calidad y apariencia del papel. (7) 4.5 Grado de separación de un ciclón Para determinar la fracción de sólidos totales en un ciclón, se puede realizar un balance de materia. Puede aplicarse la ecuación siguiente: Qa = Qac + QT (1) Donde: Qa = Al volumen de la suspensión fibrosa que entra como alimento al ciclón. Qac = El volumen de aceptado. QT = Volumen de rechazos. Ahora si: Ja = Concentración sólidos en la alimentación. Jac = Concentración de sólidos en el aceptado. JT = Concentración de sólidos en el rechazo. QaJa = QacJac + QTJT (2) Si Qac = Qa - QT QaJa = ( Qa - QT ) Jac + QTJT QT / Qa = Ja - Jac / JT - Jac = Grado de separación 59 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 4.6 Características de un ciclón de mediana y alta densidad En un ciclón de alta densidad sus diámetros a diferencia de los ciclones de baja consistencia, son grandes y pueden medir hasta 75 cm. Esto es importante si tomamos en cuenta que los ciclones de baja consistencia sólo separan partículas pequeñas, mientras que los ciclones de mediana y alta consis- tencia separan materiales grandes, esto explica porque los ciclones de baja consistencia no sólo operan a baja consistencia sino que también tienen un diámetro más pequeño. El flujo admitido por un ciclón de mediana y alta consistencia, es muy variable pero puede haber ciclones que admitan hasta 19 m3 / min. Si comparamos en un sistema real la cantidad de ciclones de mediana y alta consistencia contra los de baja consistencia utilizados, la diferencia es importante. Por ejemplo, para una máquina de papel que produce 300 toneladas por día, mientras que solo se tienen 3 ciclones de alta consistencia, en los tres pasos de limpieza para baja consistencia son 194. En cuanto a la caída de presión, parámetro importante en la operación de un ciclón, puede ser de 6 a 30 psi. 4.7 Variables que afectan la eficiencia de un ciclón Las variables referentes a las características de un ciclón o del fluido, son los siguientes: • Consistencia de alimentación • Diámetro del ciclón • Orificio de rechazos • Caída de presión • Cámara de rechazos 60 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Consistencia de alimentación La viscosidad de un fluido tiene marcada influencia en la eficiencia de un ciclón, pues la facilidad de separación de las partículas está en función de la posibilidad que estas tengan de ser afectadas por la fuerzas centrífugas creadas dentro del ciclón, por ello se utilizan en la separación de aquellas partículas pequeñas, pero que sí afectan la calidad del papel, consistencias bajas en la suspensión fibrosa. Un incremento en la consistencia se manifiesta en: • Mayor número de fibras eliminadas por el ciclón. Sin embargo, no sólo serán impurezas sino también fibras útiles. • Incremento en la consistencia del rechazo. • Aumento en el volumen del rechazo. Las partículas removidas o eliminadas van de acuerdo con la consistencia utilizada, esto es: I.- Una consistencia de 2.5 a 5.5 %, removerá partículas de metal del tamaño de la fibra, 3mm. II.- Para una consistencia de 0.5 a 1 %, remueve partículas del tamaño de un grano de arena, 200 mesh. III.- Para consistencias mayores de 5.5 %, eliminaran materiales pesados como tuercas pernos, etc. y se utiliza como protección de equipos. (4) Diámetro del ciclón La geometría del ciclón es determinante en el eficiencia de un ciclón, es decir, si las fuerzas centrífugas creadas dentro del ciclón dependen no sólo de la presión de alimentación sino también del diámetro del equipo; entonces los ciclones de menor diámetro serán más eficaces en la eficiencia de separación removiendo las impurezas más pequeñas. Orificio de rechazos. En un ciclón, el orificio de rechazos influye en la cantidad, volumen y composición de estos. Tomando en cuenta el tipo de pasta, el rechazo será más abundante cuando se utilizan fibras cortas o pastas con gran cantidad de finos, como la pasta mecánica. 61 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Cuando el orificio de rechazos es más pequeño de lo necesario, el ciclón baja su eficiencia de separación ya que se perturban los flujos internos al ser el rechazo intermitente y desigual. Si por el contrario, el diámetro es demasiado grande, se favorece la eliminación de partículas entre las cuales seguramente habrá una gran cantidad de fibras útiles. El diámetro óptimo será aquél que proporciona un volumen del 2 al 4 % del volumen alimentado. (4) La caída de presión La diferencia de presión se medirá como la desigualdad de presión entre la presión de entrada de alimentación y la presión de salida del aceptado. La caída de presión refleja la cantidad de energía gastada en la separación de partículas. La cámara de rechazos Existen diferentes diseños de cámara de rechazos para ciclones de mediana o alta consistencia como la cónica, la cilíndrica o la cilíndrica expandida, . Sin embargo, el diseño puede afectar la eficiencia del ciclón, ocasionando: • Pobre eficiencia de limpieza • Taponamiento en la descarga del equipo • Deterioro en las válvulas • Deterioro en la cámara de recepción • Pérdida de fibras La cámara de rechazos, está provista de dos válvulas, ubicada una en la parte superior de la cámara, la cual es denominada válvula de aislamiento, y la otra colocada en la parte inferior de la cámara o válvula de descarga. Cuando se van a descargar los rechazos se cierra primero la válvula de aislamien- to y después se abre la de descarga, estos ciclos de descarga se controlan con un sistema eléctrico o electroneumático. El tiempo de descarga puede tenerse cada “X” tiempo el cual depende de la cantidad de impurezas contenidas en el material fibroso utilizado. Cada descarga tomará entre 30 a 45 segundos. 4.8 Los ciclones centrífugos y la limpieza de la suspensión fibrosa Los ciclones pueden ser de volúmenes distintos y geometrías diferentes. La decisión de la adquisición de un ciclón de un tamaño determinado y una geometría específica, estará de acuerdo con las necesidades de cada planta en particular, es decir, necesidades de volumen o de grado de limpieza o ambas. En todo caso esta decisión estará en función de un estudio detallado de: • Requerimiento de limpieza de la pasta 62 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado • Calidad del papel • Volumen manejado Si se trata de ciclones para baja consistencia, se pueden utilizar un número reducido para manejar un alto volumen, esto disminuirá el gasto de compra de equipo; en este caso pueden esperarse beneficios como: no obstrucción del orificio de rechazos al ser este de gran tamaño, obstrucciones muy comunes en los ciclones pequeños, el número de ciclones será menor al tener ciclones de mayor capacidad. Sin embargo, si se toma en cuenta que en esta área lo que nos interesa en eficiencia de separación de partículas, la ventaja es para los ciclones pequeños, sobre todo cuando se requiere calidad y una hoja libre de cualquier impureza. 4.9 Sistemas de limpieza para baja consistencia El grado de limpieza estará siempre en relación a la calidad del papel que se debe pro- ducir; en algunos casos la limpieza debe ser tan estricta que se utilizan hasta cuatro pasos de limpieza, pero en otras ocasiones no se utilizan ciclones para baja consistencia. Sistema de limpieza de una sola etapa Figura No. 48, Sistema de limpieza de una sola etapa. Sistema de limpieza de tres etapas. Figura No. 49, Sistema de limpieza de tres etapas Figura No. 48, Sistema de limpieza de una sola etapa 63 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Figura No. 49, Sistema de limpieza de tres etapas 4.10 Sistema de elutriación Lo ideal sería que los ciclones sólo rechazaran impurezas, . Sin embargo, con las impurezas salen fibras útiles, las cuales representan pérdida que puede ser significativa. Para evitar y optimizar la eficiencia del ciclón, se coloca en su descarga un aditamento semejante a un pequeño ciclón al cual se le alimenta fluido a una presión determinada, la cual acelera las partículas del rechazo provocando de nuevo una separación de partículas, y las fibras útiles pasan a formar parte del flujo que asciende hasta el tubo de aceptado. 64 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 5. Proceso de Depuración La depuración es un proceso por medio del cual se separan las partículas por diferencia de tamaño; este proceso tiene una función totalmente diferente al trabajo que se desarrolla durante la limpieza centrífuga, aunque algunas veces se toma el vocablo depuración para denominar tanto a la limpieza que se hace de la pulpa por medio de depuradores como por ciclones centrífugos. Sin embargo, el principio de operación de uno y otro no es el mismo, pues mientras los ciclones centrífugos separan partículas por diferencia de densidad, los depuradores lo hacen en función del tamaño de la partícula. Por ello, aunque por los ciclones pasen materiales grandes y livianos, debido a la clasificación que se lleva a cabo en los depuradores, en base al tamaño de las partículas, estas partículas son eliminadas, lo que hace que estos dos equipos sean considerados como equipos complementarios. Figura No. 50, Forma de las partículas Las impurezas que se encuentran en la suspensión fibrosa se pueden clasificar de la siguiente manera, de acuerdo con su forma: • Impurezas de forma cúbica, partículas que pueden causar problemas en el funcio- namiento de la máquina de papel al ocasionar caídas de guía o roturas de hoja. • Impurezas de forma aplanada, mismas que se adhieren a los rodillos, sobre todo, esto es más notorio en la calandria, y es bien sabido que si esto ocurre el papel sale con manchas brillosas, lo cual en algunos papeles es un defecto insalvable. 65 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado • Impurezas de forma alargada, este tipo de partículas son muy notorias en el papel, y es por consiguiente una causa de mala apariencia y alteran la formación del papel. • Es muy importante que los equipos de depuración, estén acondicionados con el equipo adecuado de acuerdo con la impurezas de más abundancia en la materia prima fibrosa, para que puedan desarrollar su función de una manera eficaz, por ejemplo, si existen mayor cantidad de impurezas alargadas, el depurador debe estar provisto de una platina perforada; si por el contrario, las impurezas que más abundan son las de forma cúbica, la platina que debe utilizarse es la ranurada. Ver figura No. 50. 5.1 Tipos de depuradores Los depuradores más comunes en la industria papelera se pueden clasificar de la siguiente manera: • Depuradores vibratorios o zaranda. • Depuradores presurizados. Ver Figura No. 51. Figura No. 51, Tipo de depuradores Depuradores vibratorios o zaranda Este tipo de depurador está formado por las siguientes partes: • Ducto de alimentación • Platina • Soportes de resorte 66 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado • • • • • Sistema de vibración excéntrico Compuerta de regulación de nivel de aceptado Compartimiento de rechazos Ducto de aceptado Regadera para lavado del rechazo Esta criba se alimenta por gravedad a una consistencia que va de 0.5 a 2 %. El flujo de alimentación cae sobre una platina la cual está sujeta a un sistema de vibración que origina vibraciones en los cuatro sentidos, es decir, en forma lateroanteroposterior. Este tipo de vibración es fundamental para el buen funcionamiento de la zaranda porque permite el paso de las fibras útiles y agua hacia la tina colectora, además evita que la platina se obstruya. Las vibraciones que afectan la platina también permiten que los rechazos sean descargados por la parte delantera de la zaranda y ser depositados sobre la charola colectora; estos rechazos generalmente salen a una consistencia de 8 a 20%. Figura No. 52, Depurador vibratorio Para que este depurador opere con una óptima eficacia, es necesario tener en cuenta tres factores: I.- Nivel del agua sobre la platina, la cual puede fácilmente controlarse a través de la compuerta ubicada en la charola colocada en la parte inferior a ella. 67 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado El nivel es importante porque en función de su altura permite no sólo diluir la suspensión fibrosa adecuadamente sino también que exista un paso constante del aceptado hacia la charola colectora. II.- Vibraciones en la platina, estas de acuerdo con su amplitud y frecuencia, evitan que se obstru- ya y facilitan el paso del aceptado, así como la descarga del rechazo, originando que este se desplace hacia el compartimiento de rechazos del depurador. III.- Regadera de lavado del rechazo, es quizá el factor más importante para que la zaranda mantenga una operación eficaz, ya que si se ubica en el ángulo adecuado esta puede lograrse plenamente. Ver Figura No.52. Depuradores cerrados o presurizados Son equipos ampliamente utilizados en la industria papelera sea cual fuere la materia prima, es decir, fibra virgen o fibra para reciclar. Existen un gran número de diseños y capacidades, . Sin embargo, la eficacia en su operación no sólo depende del diseño y número de depuradores usados, sino más bien de factores tales como consistencia de la suspensión fibrosa, temperatura de la pasta, caída de presión en el equipo, tipo de rechazo, velocidad del rotor, etc. Ver Figura No. 53. Figura No. 53, Depurador presurizado Depurador presurizado Los depuradores cerrados o presurizados, están diseñados para evitar que pase una partícula demasiado grande, aunque algunas impurezas de este tipo que por tamaño o forma debieran ser rechazadas, de acuerdo con su forma de alimentación pueden alinearse de tal manera que logren pasar a través del área abierta (perforaciones o ranuras) de la platina. 68 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado El alineamiento de una partícula contaminante está influenciado por el contorno de la superficie de la platina y el movimiento del rotor. Ver figura No. 54. Figura No. 54, Cribas perforada y ranurada 5.2 Operación de un depurador cerrado o presurizado Generalmente, en un depurador cerrado o presurizado la pasta es alimentada dentro de un cuerpo cilíndrico en forma tangencial a una presión determinada; dentro de este cuerpo circular se encuentra la platina o criba, también de forma circular, la cual tiene su superficie cubierta de perforaciones y a través de estas pasa la fibra. Pero, también limita el paso de partículas grandes (rechazos) de acuerdo al diámetro del orificio o de la ranura; la presión con que es alimentada la fibra fuerza a pasar a las partículas a través de las aberturas de la platina. No obstante, no sólo es esta presión la razón de tal efecto, sino que también el rotor auxilia en gran medida este trabajo al crear un pulso de presión y un área de baja presión. El primero obliga a las partículas a pasar por el área abierta (perforaciones o ranuras) de la platina y la segunda, el área de baja presión, succiona un flujo de la cámara de aceptado de regreso por las perforaciones. Por lo tanto esto ayuda mantener limpia las platina y así pueda desarrollar con toda eficacia su trabajo de clasificación. Ver Figura No. 55. En un depurador cerrado o presurizado el flujo de aceptado puede tenerse de dos maneras: • De dentro hacia fuera • Afuera hacia adentro Cualquiera que sea el caso, la ubicación del elemento rotor puede ser en el interior o en el exterior de la platina. Sin embargo, en forma general en las cribas que se alimentan hacia el interior del cilindro (centrifugas) el rotor está ubicado en la parte interna de este; y en las cribas hacia fuera del cilindro (centrípetas) el rotor puede estar ubicado tanto en la parte interna como en la externa de la platina. 69 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Las cribas que tienen el rotor en el lado de alimentación son más eficaces sobre todo cuando la depuración es llevada a alta consistencia, además esta eficacia se ve favorecida debida a la orientación que sufren las partículas contaminantes. Figura No. 55, Paleta del depurador Para esperar que un depurador opere eficazmente, sobre todo si se trata de equipos que se encuentran justamente antes de la cabeza de la máquina de papel, es necesario mantener durante su operación algunos parámetros, tales como: Consistencia de la pasta En función de la presión de alimentación, el depurador acepta un volumen determinado; si to- mamos en cuenta esto si el volumen es constante, la capacidad de aceptado se incrementará si se aumenta la consistencia. Sin embargo, el incremento de la consistencia tiene un límite después del cual la eficiencia del depurador decae. La temperatura de la pasta Cuando la pasta penetra al depurador, se forman un serie de turbulencias en la superficie de la criba, esto es importante si tomamos en cuenta que la temperatura influye en la viscosidad de la pasta, y por consiguiente las turbulencias se verán favorecidas a una viscosidad mayor, debido a que será más fácil el flujo a través de las perforaciones o ranuras de la platina. 70 La presión de alimentación La caída de presión es un parámetro importante en la operación eficaz del depurador, pero, no puede incrementarse en forma arbitraria porque si esto sucede puede obstruirse la platina debido a que el rotor no puede ser lo suficientemente capaz de hacer que la platina permanezca limpia. Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Es por ello que debe encontrarse y mantener durante la operación la calidad de presión adecuada. En el caso de que la platina del depurador se haya obstruido, es necesario cerrar la alimentación al depurador hasta que el rotor limpie los orificios o ranuras de la platina. Diseño y estado de la platina La distancia entre la platina y el rotor, así como el ángulo de este, son factores importantes para el buen funcionamiento de cualquier depurador, por ello la combinación adecuada entre las distancias de estos dos elementos reduce al mínimo la obstrucción de la platina. La función principal del rotor, como ya se ha expresado, es forzar a la fibra a pasar a través de los orificios y ranuras, además de crear pulsaciones, mismas que se forman cada vez que el rotor pasa una ranura o un orificio. Por tanto, el número de estas pulsaciones está en función de su velocidad y al número de rotores presentes en un depurador. Es importante tener en cuenta que la magnitud de un pulso también se incrementa cuando se aumenta la velocidad del rotor. Los depuradores que trabajan a baja consistencia mantienen una velocidad en los rotores, que va de 10 a 14 m/seg; en las cribas que operan a consistencias más altas o con pulpas que contienen mayor cantidad de contaminantes, los rotores suelen tener una velocidad que va de 20 a 26 m/seg. En general, puede decirse que incrementando la velocidad del rotor se pueden trabajar los depuradores a mayor consistencia, incrementándose por ello también su eficiencia. No obstante, debe tenerse mucho cuidado con los depuradores que están cerca de la cabeza de la máquina de papel, porque si las pulsaciones tienen una gran fuerza, estas se pueden manifestar en el cartón. La distancia del rotor y la platina debe ser determinado con toda certeza, pues un acercamiento excesivo puede ocasionar que las impurezas grandes al no poder pasar entre el rotor y la platina deterioren a esta. El diseño de la platina o criba de un depurador tiene una marcada influencia en su eficiencia, por tanto para que ésta sea real se tiene que seleccionar un buen diseño de la platina el cual incluye: • Determinar el uso de agujeros o ranuras • Diámetro o medida de la ranura • Espaciamiento de los agujeros y las ranuras • Orientación de agujeros o ranuras • Tipo de superficie de la platina, con o sin contorno 71 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Se debe determinar, por supuesto, con toda certeza de acuerdo con la ubicación del depurador y el tipo de contaminantes que se tengan en la pasta; en general, cuando se tienen contaminantes de gran tamaño y alta consistencia, se utilizan agujeros, cuyos diámetros van de 0.50 a 6 mm; si por el contrario, los contaminantes son más finos y su cantidad no es grande, requiriéndose también un alto grado de limpieza, en este caso se usan ranuras, y éstas tienen una abertura que va de 0.15 a 0.75 mm. Para la selección de una platina, no es tan sólo el determinar si se usará ranura u orificio, sino qué espaciamiento o área abierta se tendrá de acuerdo con l tipo de pulpa utilizado, es decir, cuando se tiene fibra larga, la platina generalmente tiene un área abierta baja, mientras que los depuradores de cribas de alta área abierta se tendrán cuando la fibra es corta y fibra más flexible. En conclusión, el espaciamiento de las ranuras y la orientación de estas también influyen en la capacidad de un depurador, pues, cuando se tienen cribas con ranuras perpendiculares al plano del mo- vimiento del rotor, su capacidad es más baja si la comparamos con una criba que tiene ranuras similares orientadas en paralelo al plano de rotación del rotor. Son muchos los factores que influyen para lograr una mayor eficiencia en los depuradores, . Sin embargo, cualquier aditamento o mejora en el diseño que genere mayores posibilidades de una óptima depuración será bien aceptada. En este renglón una de las modificaciones que pueden realizarse en la platina es la ubicación de contornos, estos pueden ser de diferentes dimensiones de acuerdo con la magnitud de las turbulencias que deseen crearse. La magnitud de esta turbulencia se encuentra en función del tamaño de los contornos ubicados sobre la superficie de la platina, es decir, contornos de gran tamaño crean turbulencias mayores y provocan una mayor orientación de las partículas hacia los orificios o ranuras ocasionando con ello que se incremente la capacidad del depurador. Sin embargo, también hay mayor cantidad de partículas contaminantes que en las cribas que tienen protuberancias más pequeñas. En general, si se desea una mayor capacidad de depuración se utilizan cribas con contornos de gran tamaño, pero si se desea una depuración más fina y selectiva las platinas son diseñadas con contornos de menor tamaño. 5.3 Tratamiento de los rechazos de los depuradores Los rechazos de un depurador están compuestos por impurezas, agua y fibra útil, por tanto debe hacerse el máximo esfuerzo para recuperar el agua y las fibras útiles. La concentración que se tiene en los rechazos es mucho mayor que la tenida en la alimentación del propio depurador y su volumen equivale de 3 al 8 % del volumen de alimentación. 72 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado El rechazo presenta así un volumen de consideración que debe ser tratado para optimizar el proceso de elaboración del papel, al recuperarse el material útil. Por eso se lleva cabo una depuración secundaria que normalmente es realizada en una zaranda vibratoria o en un depurador presurizado y el rechazo de este finalmente es tratado en un depurador abierto. Ver Figura No. 56. Figura No. 56. Sistema de depuración combinada 5.4 Ubicación y número de depuradores El número de depuradores está en función del volumen manejado en la máquina de papel, por tanto, si el caso así lo requiere se colocarán los depuradores necesarios en paralelo para poder abastecer adecuadamente los requerimientos de pasta para mantenerla funcionado. Para hablar de la ubicación de los depuradores, primeramente es necesario definir si se trata de un sistema que utiliza fibra para reciclar o fibra virgen; para el primer caso, los depuradores se utilizan tanto al inicio del sistema de preparación de pastas como al final de este; al inicio porque se trata de una fibra con un alto número de material contaminante y al final porque debe asegurarse que la pulpa penetre a la caja distribuidora sin o con la menor cantidad de impurezas, que se reflejarían en la formación del papel o en la operación de la máquina de papel. Para fibra virgen, generalmente sólo se lleva a cabo la depuración al final del sistema de preparación de pastas. 73 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 6. Agitación de la pasta Uno de los equipos que con frecuencia no son tomados en cuenta sino como elementos de almacenamiento de la pasta son los tanques. Sin embargo, tienen también su importancia y deben ser considerados como parte integral de los procesos de elaboración del cartón. El tener un tanque entes de cada proceso de preparación de la pasta, refinación, limpieza, de- puración, etc., es comprensible porque los parámetros esenciales en cada uno de esos procesos son la consistencia y la presión de alimentación. Ver Figura No. 57. Figura No. 57. Tanque de pasta antes de cada proceso El tener un tanque antes de cada proceso representa que la pasta podrá ser bombeada a la presión requerida para que el equipo trabaje a las condiciones necesarias para obtener su mejor eficacia. Además el tanque cumple funciones trascendentes en los procesos de elaboración del papel, como: • Lugar de almacenamiento • Como elemento regulador del flujo de pasta hacia la máquina de papel. Los tanques deben de ser bien calculados, en cuanto a su volumen, con el fin de asegurar el almacenamiento de la pasta. Aunque los tanques ocupan una gran área, es necesario que tengan una capacidad adecuada de acuerdo con las exigencias de cada planta. 74 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado El volumen de los tanques debe asegurar el suministro de pasta hacia la máquina de papel durante un tiempo largo, con el objeto de evitar paros por problemas en equipo del sistema de preparación de la pasta. Los tanques deben de llenarse hasta un nivel que asegure que no habrá derrames, a pesar del movimiento de la pasta debido a su agitación constante y continua. Ver Figura No. 58. Figura No. 58. Nivel ideal de llenado de un tanque de pasta La energía de agitación en un tanque debe ser se tal magnitud que mantenga a la pasta homogénea a lo largo y ancho del tanque, para asegurar un flujo de pasta con una consistencia constante, por dos razones: • Mantener una consistencia constante es importante porque los equipos de los sistemas que forman preparación de pastas, tienen como parámetro fundamental el control de consisten- cia en la entrada de alimentación. • Entregar una suspensión fibrosa homogénea a la máquina de papel, da posibilidades de producir un papel con un peso base constante. Ver figura No. 59. 75 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado Figura No. 59. Agitación de la pasta en un tanque Pero, el hecho de entregar la pasta homogénea en consistencia a la máquina de papel no garantiza que el peso base del papel también será constante pues en ello tienen demasiada influencia la caja distribuidora y el formador. El mantener homogénea la pasta implica que haya una fuerza de agitación que permita una mezcla uniforme a todo lo largo y ancho del tanque sin permitir que existan zonas muertas. Pero esto se ve dificultado por el incremento de la consistencia de la pasta. Para que se tenga una agitación segura dentro de un tanque, es necesario seleccionar con toda exactitud el tipo de agitador para una fibra larga o corta, refinada o sin refinar. Si es muy importante el control de la consistencia durante los procesos del sistema de prepara- ción de pastas, lo es mucho más cuando la pasta se entrega la máquina de papel. Además, la pasta se entrega a la máquina con una consistencia baja para una buena distribución y, sobre todo, para obtener una óptima formación y estructuración. Por ello, debe diluirse hasta un nivel que va de 0.5 a 1.0 %, porque aún falta limpiarla y deaerearla y se necesita una consistencia baja para obtener una operación eficaz. La caja elevada tiene como función asegurar una presión constante de la pasta al ser entregada a la bomba y de esta manera evitar posibles cambios de la consistencia. 76 Procesos de la elaboración de láminas de papel para la producción del cartón corrugado 7. Dosificación y mezcla de las fibras No es frecuente encontrar máquinas de papel que utilicen un solo tipo de fibra para elaborar papel; generalmente, los papeles están elaborados con dos o más tipos de fibra, cualquiera sea su origen o proceso de obtención de celulosa. Es indispensable que cuando el papel sea elaborado con dos o más fibras, llegado el momento, se mezclan en un porcentaje determinado, el cual debe garantizar no solo la satisfacción económica de los propietarios de la planta sino también las propiedades requeridas por al cliente durante su uso final. Si se da el caso de que utilicen varias fibras es común que cada una de ellas sea tratada individualmente durante su limpieza y desarrollo, lo que favorecerá el desarrollo de cada fibra en particular. Es importante que las fibras sean llevadas a su máximo desarrollo, pero una vez que se les ha proporcionado estas propiedades debidas a la refinación se mezclan en diferente proporción conforme a las necesidades y requerimiento del papel que se va a elaborar. Las fibras se mezclan guardando dos factores importantes: • Factor económico • Factor de calidad La cantidad de cada una de las fibras que se mezcla está determinada por los costos y por ello la relación de las fibras debe guardarse con el fin de obtener una ganancia importante del producto. Sin embargo, no solo el lado económico determina el porcentaje a mezcla de cada una de las fibras sino también la calidad del papel. Las propiedades del papel deben de quedar satisfechas con el fin de guardar y dar los parámetros de calidad requeridos por el papel durante su uso. Para mezclar los porcentajes de las fibras se utiliza un sistema de medidores de flujo, los cuales dosifican la misma cantidad de cada una de las fibras durante todo el tiempo que dure la producción del papel o cartón. 77 Bibliografía 1. Balet, J.M., Forcén J.Ma. ; Papel paja una opción válida para todo tipo de cajas; Investigación y técnica del papel de la industria papelera Española 1981. 2. Escoto G.T. ; La expresión de unidades y su interpretación en los principales ensayos fisicomecánicos practicados a papeles y cartones. Revista Amatl 10 – 11 vol. 111 No. 3 y 4 julio – diciembre 1989; editorial Universidad de Guadalajara. 3. Escoto G.T. ; Evaluación de la calidad en papeles embalajes y cartones, aspectos fundamentales y el concepto de calidad total. 2002, Libro en Editorial Universidad de Guadalajara. 4. 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