Maquina de papel

Una máquina de papel (o máquina de fabricación de papel) es una máquina industrial que se utiliza en la industria de la pulpa y el papel. para crear papel en grandes cantidades a alta velocidad. Las máquinas modernas de fabricación de papel se basan en los principios de la máquina Fourdrinier, que utiliza una malla tejida en movimiento para crear una red de papel continua filtrando las fibras contenidas en una masa de papel y produciendo una estera húmeda de fibra en movimiento continuo. Este se seca en la máquina para producir una banda de papel resistente.

El proceso básico es una versión industrializada del proceso histórico de fabricación de papel manual, que no podía satisfacer las demandas de la sociedad moderna en desarrollo de grandes cantidades de sustrato para impresión y escritura. La primera máquina de papel moderna fue inventada por Louis-Nicolas Robert en Francia en 1799, y una versión mejorada patentada en Gran Bretaña por Henry y Sealy Fourdrinier en 1806.

El mismo proceso se utiliza para producir cartón en una máquina de cartón.

Secciones del proceso

Las máquinas de papel suelen tener al menos cinco secciones operativas distintas:

• Formando la sección, comúnmente llamada el extremo húmedo, es una malla rotativa continua que elimina el agua del papel al chuparla de la suspensión por vacío.
• Sección de prensa, donde la tela de fibra húmeda pasa entre grandes rollos cargados bajo alta presión para exprimir el máximo agua posible.
• Sección de secado, donde la hoja prensada pasa en parte alrededor, de manera serpentina, una serie de cilindros de secado calentados de vapor. El secado elimina el contenido de agua hasta un nivel de alrededor del 6%, donde permanecerá en condiciones típicas de la atmósfera interior. Los secadores infrarrojos también se utilizan para complementar el secado de cilindros cuando sea necesario.
• Sección de prensa de tamaño, donde se aplica el papel semi-driado con una capa delgada de almidón y/o otros productos químicos para mejorar varias propiedades de papel, reducir el polvo y la permeabilidad del aire, aumentar la rigidez, la fuerza de explosión y la compresión del lapso corto
• Sección Calender, donde el papel seco se suaviza bajo alta carga y presión. Sólo uno nip (donde se presiona la hoja entre dos rollos) es necesario para mantener la hoja, que se encoge a través de la sección de secado y se mantiene en tensión entre la sección de prensa (o la pila de interruptores si se utiliza) y el calén. Los nips adicionales dan más suavidad, pero a algún costo a la fuerza de papel. La sección de calendario puede ser una parte de la máquina (On-line) o en una parte separada del molino de papel (Off-line).
• La sección de carrete, donde el papel que sale de la máquina se hierve sobre las carretillas individuales para su posterior procesamiento.

También puede haber una sección de recubrimiento para modificar las características de la superficie con recubrimientos como arcilla de caolín, también conocida como arcilla china. Esta sección también puede estar en línea o fuera de línea.

Historia

Antes de la invención de la fabricación continua de papel, el papel se fabricaba en hojas individuales agitando un recipiente con lechada de pulpa y vertiéndolo en un tamiz de tela llamado molde de hojas o sumergiendo y levantando el molde de hojas de la tina. Mientras todavía estaba sobre la tela en el molde laminar, se presionó el papel húmedo para eliminar el exceso de agua. Luego se levantó la sábana para colgarla de una cuerda o varilla de madera para que se secara al aire libre.

Máquina Fourdrinier

En 1799, Louis-Nicolas Robert de Essonnes, Francia, obtuvo una patente para una máquina de fabricación continua de papel. En aquel momento, Robert trabajaba para Saint-Léger Didot, con quien se peleaba por la propiedad del invento. Didot creía que Inglaterra era un mejor lugar para desarrollar la máquina, pero debido a las turbulencias de la Revolución Francesa, no pudo ir allí él mismo, por lo que envió a su cuñado, John Gamble, un inglés que vivía en París. A través de una cadena de conocidos, Gamble conoció a los hermanos Sealy y Henry Fourdrinier, papeleros de Londres, quienes aceptaron financiar el proyecto. A Gamble se le concedió la patente británica 2487 el 20 de octubre de 1801. La máquina Fourdrinier utilizaba una cinta transportadora de malla de tela especialmente tejida (conocida como alambre, ya que alguna vez se tejió con bronce) en la sección de formación, donde Se drena una suspensión de fibra (generalmente madera u otras fibras vegetales) para crear una red de papel continua. La sección de formación original de Fourdrinier utilizaba un área de drenaje horizontal, denominada mesa de drenaje.

Con la ayuda de Bryan Donkin, un hábil e ingenioso mecánico, se instaló una versión mejorada del original de Robert en Frogmore Paper Mill, Apsley, Hertfordshire, en 1803, seguida de otra en 1804. Se instaló una tercera máquina en el Fourdriniers' propio molino en Two Waters. Los Fourdrinier también compraron un molino en St Neots con la intención de instalar allí dos máquinas, y el proceso y las máquinas continuaron desarrollándose.

Cerca de Frogmore Mill en Apsley, John Dickinson diseñó y construyó un tipo de máquina alternativo; una máquina de moldeo cilíndrico en 1809.

A Thomas Gilpin se le atribuye principalmente la creación de la primera máquina de fabricación de papel de tipo cilíndrico de EE. UU. en Brandywine Creek, Delaware, en 1817. Esta máquina era una máquina de moldeo cilíndrico. La máquina Fourdrinier no se introdujo en Estados Unidos hasta 1827.

Diseños similares

Los registros muestran que Charles Kinsey de Paterson, Nueva Jersey, ya había patentado una máquina de fabricación de papel de proceso continuo en 1807. La máquina de Kinsey fue construida localmente por Daniel Sawn y en 1809 la máquina Kinsey estaba fabricando papel con éxito en Essex Mill en Paterson.. El estrés financiero y las oportunidades potenciales creadas por el Embargo de 1807 finalmente persuadieron a Kinsey y sus partidarios a cambiar el enfoque de la fábrica del papel al algodón y los primeros éxitos de Kinsey en la fabricación de papel pronto fueron pasados por alto y olvidados.

La patente de Gilpin de 1817 era similar a la de Kinsey, al igual que la patente de John Ames de 1822. La patente de Ames fue cuestionada por sus competidores, afirmando que Kinsey era el inventor original y que Ames había estado robando otros las ideas de la gente, siendo su evidencia el empleo de Daniel Sawn para trabajar en su máquina.

Inventos relacionados

El método de producción continua demostrado por la máquina de papel influyó en el desarrollo de la laminación continua de hierro y más tarde del acero y otros procesos de producción continua.

Tipos de pulpa y sus preparaciones

Las fibras vegetales utilizadas para la pulpa están compuestas principalmente de celulosa y hemicelulosa, que tienden a formar enlaces moleculares entre las fibras en presencia de agua. Después de que el agua se evapora, las fibras permanecen unidas. No es necesario agregar aglutinantes adicionales para la mayoría de los grados de papel, aunque se pueden agregar aditivos de resistencia tanto en húmedo como en seco.

Los trapos de algodón y lino eran la principal fuente de pulpa para papel antes que la pulpa de madera. Hoy en día casi toda la celulosa es de fibra de madera. La fibra de algodón se utiliza en grados especiales, generalmente en papel de impresión para currículums y moneda.

Las fuentes de trapos a menudo aparecen como desechos de otras manufacturas, como fragmentos de mezclilla o cortes de guantes. Las fibras de la ropa provienen de la cápsula de algodón. Las fibras pueden variar de 3 a 7 cm de longitud tal como existen en el campo del algodón. La lejía y otros productos químicos eliminan el color de la tela en un proceso de cocción, generalmente con vapor. Los fragmentos de tela se desgastan mecánicamente hasta formar fibras, y las fibras se acortan hasta una longitud adecuada para fabricar papel con un proceso de corte. Los trapos y el agua se vierten en un recipiente formando un circuito cerrado. Un cilindro con bordes cortantes, o cuchillos, y una base de cuchillos son parte del bucle. El cilindro giratorio empuja repetidamente el contenido del recipiente. A medida que desciende lentamente durante un período de horas, rompe los trapos en fibras y las corta a la longitud deseada. El proceso de corte finaliza cuando la mezcla ha pasado el número suficiente de veces por el cilindro hasta alcanzar la holgura final programada entre cuchillas y bancada.

Otra fuente de fibra de algodón proviene del proceso de desmotado del algodón. Las semillas permanecen rodeadas de fibras cortas conocidas como borras por su corta longitud y parecido a la pelusa. Las pelusas son demasiado cortas para un uso exitoso en telas. Las borras extraídas de las semillas de algodón están disponibles como primer y segundo corte. Los primeros cortes son más largos.

Las dos clasificaciones principales de pulpa son química y mecánica. Antiguamente las pastas químicas utilizaban un proceso de sulfito, pero ahora predomina el proceso kraft. La pulpa kraft tiene una resistencia superior a la de las pulpas mecánicas y al sulfito, y los productos químicos usados en la fabricación de pulpa del proceso kraft son más fáciles de recuperar y regenerar. Tanto las pastas químicas como las pastas mecánicas pueden blanquearse hasta alcanzar un alto brillo.

La pulpa química disuelve la lignina que une las fibras entre sí y une las fibrillas externas que componen las fibras individuales al núcleo de la fibra. La lignina, como la mayoría de las otras sustancias que pueden separar las fibras entre sí, actúa como agente desvinculado y reduce la resistencia. La fuerza también depende del mantenimiento de largas cadenas de moléculas de celulosa. El proceso kraft, debido a los compuestos alcalinos y de azufre utilizados, tiende a minimizar el ataque a la celulosa y a la hemicelulosa no cristalina, que promueve la unión, al tiempo que disuelve la lignina. Los procesos ácidos de pulpa acortan las cadenas de celulosa.

La pulpa kraft produce cartón liner de calidad superior y excelentes papeles para impresión y escritura.

La madera molida, el ingrediente principal utilizado en el papel de periódico y un componente principal de los papeles de revistas (publicaciones recubiertas), es literalmente madera molida producida por una amoladora. Por tanto, contiene mucha lignina, lo que reduce su fuerza. La trituración produce fibras muy cortas que drenan lentamente.

La pulpa termomecánica (TMP) es una variación de la madera molida donde las fibras se separan mecánicamente a temperaturas lo suficientemente altas como para ablandar la lignina.

Entre las pulpas químicas y mecánicas existen pulpas semiquímicas que utilizan un tratamiento químico suave seguido de un refinado. La pulpa semiquímica se utiliza a menudo como medio corrugado.

Los fardos de papel reciclado (normalmente contenedores viejos de cartón corrugado) para embalajes sin blanquear (marrón) pueden simplemente despulparse, tamizarse y limpiarse. El reciclaje para fabricar papeles blancos suele realizarse en una planta de destintado, que emplea cribado, limpieza, lavado, blanqueo y flotación. La pulpa destintada se utiliza en papeles de imprenta y escritura y en pañuelos, servilletas y toallas de papel. A menudo se mezcla con pulpa virgen.

En las fábricas integradas de pulpa y papel, la pulpa generalmente se almacena en torres de alta densidad antes de ser bombeada para la preparación del material. Las fábricas no integradas utilizan pulpa seca o pulpa húmeda (prensada), generalmente recibida en fardos. Los fardos de pulpa se trituran en una [re]pulpera.

Preparación del stock (pulpa)

La preparación de la pasta es el área donde la pulpa generalmente se refina, se mezcla en la proporción adecuada de madera dura, madera blanda o fibra reciclada y se diluye hasta lograr una consistencia lo más uniforme y constante posible. Se controla el pH y, si es necesario, se añaden diversas cargas, como agentes blanqueadores, apresto y resistencia en húmedo o en seco. Los rellenos adicionales como arcilla, carbonato de calcio y dióxido de titanio aumentan la opacidad, por lo que la impresión en el reverso de una hoja no distraerá la atención del contenido del anverso de la hoja. Los rellenos también mejoran la calidad de impresión.

La pulpa se bombea a través de una secuencia de tanques que comúnmente se denominan cofres, que pueden ser redondos o, más comúnmente, rectangulares. Históricamente, estos se fabricaban con hormigón armado especial revestido con baldosas cerámicas, pero también se utilizan aceros dulces y inoxidables. Debido a que la fibra y los rellenos son más densos que el agua y tienden a sedimentarse rápidamente y además las fibras se atraen entre sí para formar grumos llamados flóculos, las lechadas de pulpa de baja consistencia se mantienen agitadas en estos cofres mediante agitadores en forma de hélice cerca de la succión de la bomba en el fondo del cofre.

En el siguiente proceso, si se utilizan diferentes tipos de pulpa, normalmente se tratan en líneas de proceso separadas pero similares hasta que se combinan en una caja de mezcla:

Desde el almacenamiento de alta densidad o desde el granizador/pulper, la pulpa se bombea a un cofre (tanque) de almacenamiento de baja densidad. A partir de ahí, normalmente se diluye hasta obtener una consistencia de aproximadamente el 4 % antes de bombearlo a un cofre de existencias sin refinar. Desde la caja de caldo sin refinar, el caldo se bombea nuevamente, con control de consistencia, a través de un refinador. El refinado es una operación mediante la cual la suspensión de pulpa pasa entre un par de discos, uno de los cuales es estacionario y el otro gira a velocidades típicas de 1000 o 1200 RPM para 50 y 60 Hz CA, respectivamente. Los discos tienen barras elevadas en sus caras y se cruzan entre sí con un espacio reducido. Esta acción desenreda la capa exterior de las fibras, lo que hace que las fibrillas de las fibras se desprendan parcialmente y florezcan hacia afuera, aumentando el área de superficie para promover la unión. Por tanto, el refinado aumenta la resistencia a la tracción. Por ejemplo, el papel tisú no está relativamente refinado, mientras que el papel de embalaje está más refinado. El caldo refinado del refinador luego va a un cofre de caldo refinado, o cofre de mezcla, si se usa como tal.

Las fibras de madera dura suelen tener 1 mm de largo y un diámetro más pequeño que los 4 mm de longitud típicos de las fibras de madera blanda. El refinado puede hacer que el tubo de fibra de madera blanda colapse, dando como resultado propiedades indeseables en la lámina.

Desde el caldo refinado, o caja de mezcla, la consistencia del caldo se controla nuevamente a medida que se bombea a una caja de máquina. Se puede refinar o se pueden agregar aditivos en el camino hacia el cofre de la máquina.

El cofre de la máquina es básicamente un cofre nivelador de consistencia que tiene aproximadamente 15 minutos de retención. Este es un tiempo de retención suficiente para permitir que cualquier variación en la consistencia que ingrese al tórax se nivele mediante la acción de la válvula de peso base que recibe retroalimentación del escáner de medición de peso base en línea. (Nota: muchas máquinas de papel controlan erróneamente la consistencia que sale del cajón de la máquina, lo que interfiere con el control del gramaje).

Operación

Hay cuatro secciones principales en esta máquina de papel. La sección de formación convierte la pulpa en la base de las láminas a lo largo del alambre. La sección de prensa, que elimina gran parte del agua restante mediante un sistema de nips formado por rodillos que se presionan entre sí ayudados por fieltros de prensa que sostienen la lámina y absorben el agua prensada. La sección de secado de la máquina de papel, como su nombre indica, seca el papel mediante una serie de cilindros calentados internamente con vapor que evaporan la humedad. Las calandrias se utilizan para hacer que la superficie del papel sea más suave y brillante. En la práctica, los rodillos de calandria normalmente se colocan verticalmente en una pila.

Sección de conformado o extremo húmedo

Desde la máquina, el material del cofre se bombea a un tanque de cabeza, comúnmente llamado "tanque de cabeza" o caja de material, cuyo propósito es mantener una carga (presión) constante sobre la lechada de fibra o material mientras alimenta la válvula de peso base. La caja de material también proporciona un medio que permite escapar las burbujas de aire. La consistencia de la suspensión de pulpa en el empaque está en el rango del 3%. El flujo desde la caja de material es por gravedad y es controlado por la válvula de peso base en su camino hacia la succión de la bomba del ventilador, donde se inyecta en el flujo principal de agua hacia la bomba del ventilador. El flujo principal de agua bombeado por la bomba de ventilador proviene de un cofre o tanque de aguas blancas que recoge toda el agua drenada de la sección de formación de la máquina de papel. Antes de que se introduzca el flujo de fibra desde el material, el agua blanca tiene un contenido de fibra muy bajo. La bomba de ventilador recircula constantemente el agua blanca a través de la caja de entrada y se recoge de la fosa de alambre y de varios otros tanques y cofres que reciben el drenaje del alambre de formación y el drenaje asistido por vacío de las cajas de succión y los rodillos de manipulación de la red de fibra húmeda. En el camino hacia la caja de entrada, la lechada de pulpa puede pasar a través de limpiadores centrífugos, que eliminan contaminantes pesados como arena, y cribas, que rompen los grumos de fibras y eliminan los desechos de gran tamaño. En última instancia, la bomba de ventilador alimenta la caja de entrada, independientemente de que haya o no limpiadores centrífugos o rejillas presentes.

El propósito de la caja de entrada es crear turbulencia para evitar que las fibras se aglomeren y distribuir uniformemente la suspensión a lo ancho del alambre. Las fibras de la madera tienen tendencia a atraerse entre sí, formando grumos, efecto que se denomina floculación. La floculación se reduce reduciendo la consistencia o agitando la suspensión; sin embargo, la defloculación se vuelve muy difícil con una consistencia muy superior al 0,5%. Minimizar el grado de floculación durante el formado es importante para las propiedades físicas del papel.

La consistencia en la caja de entrada suele ser inferior al 0,4% para la mayoría de los grados de papel, y las fibras más largas requieren menos consistencia que las fibras cortas. Una mayor consistencia hace que más fibras se orienten en la dirección z, mientras que una menor consistencia promueve la orientación de las fibras en la dirección x-y. Una mayor consistencia promueve un mayor calibre (espesor) y rigidez, una menor consistencia promueve una mayor resistencia a la tracción y algunas otras propiedades de resistencia y también mejora la formación (uniformidad). Muchas propiedades de las láminas continúan mejorando hasta alcanzar una consistencia inferior al 0,1%; sin embargo, esta es una cantidad de agua poco práctica de manejar. (La mayoría de las máquinas de papel funcionan con una consistencia de caja de entrada superior a la óptima porque se han acelerado con el tiempo sin reemplazar la bomba del ventilador y la caja de entrada. También existe una compensación económica con altos costos de bombeo por una menor consistencia).

La lechada de caldo, a menudo llamada agua blanca en este punto, sale de la caja de entrada a través de una abertura rectangular de altura ajustable llamada rebanada, denominándose el chorro de agua blanca. el chorro y se presuriza en máquinas de alta velocidad para aterrizar suavemente sobre el bucle de tela en movimiento o alambre a una velocidad típicamente entre más o menos el 3% de la velocidad del alambre, llamados rush y drag respectivamente. Una prisa o arrastre excesiva provoca una mayor orientación de las fibras en la dirección de la máquina y proporciona diferentes propiedades físicas en las direcciones de la máquina y transversal; sin embargo, este fenómeno no se puede evitar por completo en las máquinas Fourdrinier.

En máquinas de menor velocidad a 700 pies por minuto, la gravedad y la altura del material en la caja de entrada crean suficiente presión para formar el chorro a través de la abertura de la rebanada. La altura de la culata es la cabeza, lo que le da nombre a la caja de entrada. La velocidad del chorro en comparación con la velocidad del alambre se conoce como relación chorro-alambre. Cuando la relación chorro-alambre es menor que la unidad, las fibras de la pasta se estiran en la dirección de la máquina. En máquinas más lentas donde queda suficiente líquido en el caldo antes de drenar, el alambre se puede mover hacia adelante y hacia atrás con un proceso conocido como agitar. Esto proporciona cierta medida de aleatorización de la dirección de las fibras y le da a la lámina una resistencia más uniforme tanto en la dirección de la máquina como en la dirección transversal a la máquina. En las máquinas rápidas, la pasta no permanece en el alambre en forma líquida el tiempo suficiente y las fibras largas se alinean con la máquina. Cuando la relación chorro-alambre excede la unidad, las fibras tienden a acumularse en grumos. La variación resultante en la densidad del papel proporciona el aspecto de papel antiguo o pergamino.

Por lo general, dos rollos grandes forman los extremos de la sección de drenaje, que se denomina mesa de drenaje. El giro de pecho está situado debajo de la caja de flujo, y el chorro apunta a aterrizar sobre él aproximadamente en el centro superior. En el otro extremo de la mesa de drenaje está el rodillo de succión (sofá). El rollo de camilla es una carcasa hueca, perforada con miles de agujeros espaciados con precisión de aproximadamente 4 a 5 mm de diámetro. El rodillo de carcasa hueca gira sobre una caja de succión estacionaria, normalmente colocada en la parte superior central o girada justo hacia abajo de la máquina. Se aplica vacío en la caja de succión, que aspira agua de la red hacia la caja de succión. Desde el rodillo de succión la hoja avanza hacia la sección de prensa.

Abajo de la máquina desde el rodillo de succión, y en una elevación más baja, se encuentra el rodillo giratorio de alambre. Este rollo es impulsado y tira del cable alrededor del bucle. El rodillo giratorio de alambre tiene un ángulo de enrollamiento considerable para sujetar el alambre.

Soportando el cable en el área de la mesa de drenaje hay una serie de elementos de drenaje. Además de soportar el alambre y favorecer el drenaje, los elementos desfloculan la lámina. En máquinas de baja velocidad, estos elementos de mesa son principalmente rollos de mesa. A medida que aumenta la velocidad, la succión desarrollada en la zona de contacto de un rodillo de mesa aumenta y, a una velocidad suficientemente alta, el alambre retrocede después de abandonar el área de vacío y hace que el material salte del alambre, interrumpiendo la formación. Para evitar este drenaje se utilizan láminas. Las láminas suelen tener una inclinación de entre cero y dos o tres grados y proporcionan una acción más suave. Cuando se utilizan rollos y láminas, los rollos se utilizan cerca de la caja de entrada y las láminas más abajo de la máquina. También se pueden utilizar láminas ultrasónicas, que crean millones de pulsos de presión a partir de burbujas de cavitación que implosionan y mantienen las fibras separadas, dándoles una distribución más uniforme.

Acercándose a la línea seca sobre la mesa se ubican cajas de bajo vacío que son drenadas por una pata barométrica bajo presión de gravedad. Después de la línea seca se encuentran las cajas de succión con vacío aplicado. Las cajas de succión se extienden hasta el sofá. En el sofá, la consistencia de la lámina debe ser de aproximadamente el 25%.

Variaciones de la sección de conformado Fourdrinier

El tipo de sección de formación generalmente se basa en el grado de papel o cartón que se produce; sin embargo, muchas máquinas más antiguas utilizan un diseño que no es óptimo. Las máquinas más antiguas se pueden actualizar para incluir secciones de conformado más apropiadas.

Se puede agregar una segunda caja de entrada a un fourdrinier convencional para colocar una mezcla de fibras diferente encima de una capa base. Normalmente se ubica una caja de entrada secundaria en un punto donde la lámina base se drena por completo. Esto no se considera una capa separada porque la acción del agua hace un buen trabajo al mezclar las fibras de la capa superior e inferior. Las cajas de entrada secundarias son comunes en el cartón liner.

Una modificación de la mesa Fourdrinier básica mediante la adición de un segundo cable encima de la mesa de drenaje se conoce como formador de alambre superior. Los cables inferior y superior convergen y algo de drenaje sube a través del cable superior. Un alambre superior mejora la formación y también proporciona más drenaje, lo cual es útil para máquinas que han sido aceleradas.

La máquina de doble alambre o formadora de espacios utiliza dos alambres verticales en la sección de formación, lo que aumenta la tasa de deshidratación de la lechada de fibra y al mismo tiempo proporciona una uniformidad en ambos lados..

También hay máquinas con secciones completas de Fourdrinier montadas sobre un Fourdrinier tradicional. Esto permite fabricar papel multicapa con características especiales. Se llaman los mejores Fourdriniers y fabrican papel o cartón de varias capas. Por lo general, esto se usa para hacer una capa superior de fibra blanqueada para cubrir una capa sin blanquear.

Otro tipo de sección de conformado es la máquina de moldeo cilíndrico inventada por John Dickinson en 1809, originalmente como competidora de la máquina Fourdrinier. Esta máquina utiliza un cilindro giratorio cubierto de malla parcialmente sumergido en un tanque de lechada de fibra en el extremo húmedo para formar una banda de papel, dando una distribución más aleatoria de las fibras de celulosa. Las máquinas cilíndricas pueden formar una lámina con mayor consistencia, lo que da una orientación de fibra más tridimensional que las consistencias más bajas, lo que resulta en un mayor calibre (grosor) y más rigidez en la dirección de la máquina (MD). La alta rigidez MD es útil en envases de alimentos como cajas de cereales y otras cajas como detergente para ropa seco.

máquinas de pañuelos normalmente forman la banda de papel entre un alambre y una tela especial (fieltro) mientras se envuelven alrededor de un rollo formador. La banda se presiona directamente desde el fieltro sobre un secador de gran diámetro llamado yankee. El papel se pega a la secadora yankee y se despega con una cuchilla raspadora llamada doctor. Las máquinas de pañuelos funcionan a velocidades de hasta 2000 m/min.

Sección de prensa

La segunda sección de la máquina de papel es la sección de prensa, que elimina gran parte del agua restante a través de un sistema de pinzas formadas por rodillos que se presionan entre sí ayudados por fieltros de prensa que sostienen la hoja y absorben el agua prensada. La consistencia de la banda de papel que sale de la sección de prensa puede ser superior al 40%. El prensado es el segundo método más eficaz para deshidratar la lámina (detrás del drenaje libre en la sección de formación), ya que sólo se requiere acción mecánica.

El número de rodillos de prensa, su disposición y la disposición y tipo de fieltros utilizados están influenciados por los grados de papel que se producen y las características operativas deseadas de la máquina.

Históricamente, los fieltros prensados se fabricaban con lana. Sin embargo, hoy son casi 100% sintéticos. Están compuestos de un tejido de poliamida con una capa gruesa aplicada en un diseño específico para maximizar la absorción de agua.

Las prensas pueden ser de fieltro simple o doble. Una prensa de fieltro única tiene un fieltro en un lado y un rollo suave en el otro. Una prensa de doble fieltro tiene ambos lados de la hoja en contacto con un fieltro de prensa. Los pellizcos de fieltro simples son útiles cuando se acoplan contra un rodillo liso (generalmente en la posición superior), lo que agrega una doble cara, haciendo que la parte superior parezca más suave que la inferior. Los pellizcos de doble fieltro imparten aspereza en ambos lados de la hoja. Las prensas de doble fieltro son convenientes para la primera sección de prensa de cartón pesado.

Los rodillos de presión simples pueden ser rodillos con superficie ranurada o perforada ciega. Los rodillos de presión más avanzados son los rodillos de succión. Se trata de rollos con carcasa y tapa perforadas. La carcasa hecha de material metálico como bronce o acero inoxidable está cubierta con caucho o un material sintético. Tanto la carcasa como la cubierta están perforadas en toda la superficie. En el núcleo del rodillo de succión se coloca una caja de succión estacionaria para soportar la carcasa que se está prensando. Los sellos mecánicos de extremo se utilizan para la interfaz entre la superficie interior de la carcasa y la caja de succión. Para los rollos lisos, normalmente están hechos de rollos de granito. Los rollos de granito pueden tener hasta 9,1 m (30 pies) de largo y 1,8 m (6 pies) de diámetro.

Las prensas de rodillos convencionales están configuradas con uno de los rodillos de prensa en una posición fija, con un rodillo acoplado cargado contra este rodillo fijo. Los fieltros pasan a través de las líneas de contacto de los rodillos de prensa y continúan alrededor de un recorrido de fieltro, que normalmente consta de varios rollos de fieltro. Durante el tiempo de permanencia en la zona de contacto, la humedad de la lámina se transfiere al fieltro de la prensa. Cuando el fieltro de la prensa sale del nip y continúa, una caja de vacío conocida como Uhle Box aplica vacío (normalmente -60 kPa) al fieltro de la prensa para eliminar la humedad, de modo que cuando el fieltro regrese al nip en el siguiente ciclo, no agrega humedad a la hoja.

Algunos grados de papel utilizan rodillos de succión que utilizan vacío para transferir la hoja desde la mesa a un fieltro de plomo en la primera prensa o entre las secciones de la prensa. Las prensas de rodillos recogedores normalmente tienen una caja de vacío que tiene dos zonas de vacío (bajo vacío y alto vacío). Estos rodillos tienen una gran cantidad de orificios perforados en la cubierta para permitir que el vacío pase desde la caja de vacío estacionaria a través de la cubierta del rodillo giratorio. La zona de bajo vacío recoge la lámina y la transfiere, mientras que la zona de alto vacío intenta eliminar la humedad. Desafortunadamente, a una velocidad suficientemente alta, la fuerza centrífuga arroja agua aspirada, lo que la hace menos efectiva para la deshidratación. Las prensas pickup también tienen recorridos de fieltro estándar con cajas Uhle. Sin embargo, el diseño de la prensa de recolección es bastante diferente, ya que el movimiento del aire es importante para las facetas de recolección y deshidratación de su función.

Los rodillos controlados por corona (también conocidos como rodillos CC) suelen ser el rodillo acoplado en una disposición de prensa. Disponen de cilindros hidráulicos en los rodillos prensadores que aseguran que el rodillo no se doble. Los cilindros se conectan a una zapata o a varias zapatas para mantener plana la corona del rodillo y contrarrestar la "flexión" en forma de rollo debido a la aplicación de carga a los bordes.

Las prensas de presión extendida (o ENP) son una alternativa relativamente moderna a las prensas de rodillos convencionales. El rodillo superior suele ser un rodillo estándar, mientras que el rodillo inferior es en realidad un rodillo CC grande con una zapata extendida curvada según la forma del rodillo superior, rodeada por una correa de goma giratoria en lugar de una cubierta de rodillo estándar. El objetivo del ENP es extender el tiempo de permanencia de la lámina entre los dos rodillos maximizando así la deshidratación. En comparación con una prensa de rodillos estándar que alcanza hasta un 35 % de sólidos después del prensado, una ENP aumenta este porcentaje hasta un 45 % o más, lo que genera importantes ahorros de vapor o aumentos de velocidad. Los ENP densifican la lámina, aumentando así la resistencia a la tracción y algunas otras propiedades físicas.

Sección de secadora

La sección de secado de la máquina de papel, como su nombre indica, seca el papel mediante una serie de cilindros calentados internamente con vapor que evaporan la humedad. Las presiones de vapor pueden variar hasta 160 psig. El vapor ingresa por el extremo del cabezal de la secadora (tapa del cilindro) a través de una junta de vapor y el condensado sale a través de un sifón que va desde la carcasa interna hasta un tubo central. Desde el tubo central el condensado sale a través de una junta en el cabezal de la secadora. Las máquinas anchas requieren múltiples sifones. En máquinas más rápidas, la fuerza centrífuga mantiene la capa de condensado quieta contra la carcasa y normalmente se utilizan barras generadoras de turbulencia para agitar la capa de condensado y mejorar la transferencia de calor.

La sábana generalmente se sujeta contra las secadoras mediante largos lazos de fieltro en la parte superior e inferior de cada sección de la secadora. Los fieltros mejoran enormemente la transferencia de calor. Los fieltros para secadora están hechos de hilo grueso y tienen un tejido muy abierto que es casi transparente. Es común tener la primera sección inferior de la secadora sin fieltro para tirar los restos en el piso del sótano durante las roturas de la hoja o al enhebrarla.

Los secadores de papel suelen estar dispuestos en grupos llamados secciones para que puedan funcionar a una velocidad progresivamente ligeramente más lenta para compensar la contracción de las hojas a medida que el papel se seca. Algunas calidades de papel también pueden estirarse a medida que pasan por la máquina, lo que requiere una mayor velocidad entre secciones. Los espacios entre secciones se denominan empates.

Las secciones de secado generalmente están cerradas para conservar el calor. Generalmente se suministra aire caliente a las bolsas donde la hoja rompe el contacto con los secadores. Esto aumenta la velocidad de secado. Los tubos de ventilación del bolsillo tienen ranuras en toda su longitud que miran hacia el bolsillo. Las campanas de la secadora generalmente se agotan con una serie de ventiladores de extracción montados en el techo en la sección de la secadora.

Prensa de tamaño

Se pueden agregar a la red agentes de apresto adicionales, incluidas resinas, pegamento o almidón, para alterar sus características. El apresto mejora la resistencia al agua del papel, disminuye su capacidad de formar pelusas, reduce la abrasividad y mejora sus propiedades de impresión y la resistencia de la unión superficial. Estos se pueden aplicar en el extremo húmedo (encolado interno) o en el extremo seco (encolado de superficie), o ambos. En la parte seca, el encolado generalmente se aplica con una prensa de encolado. La prensa de tamaño puede ser un aplicador de rodillo (nip inundado) o un aplicador de boquilla. Generalmente se coloca antes de la última sección de secadora. Algunas máquinas de papel también utilizan una 'recubridora' para aplicar una capa de cargas como carbonato de calcio o arcilla china generalmente suspendidas en un aglutinante de almidón cocido y látex de estireno-butadieno. El recubrimiento produce una superficie muy suave y brillante con las más altas cualidades de impresión.

Sección Calendario

Una calandra consta de dos o más rodillos, donde se aplica presión al papel que pasa. Las calandrias se utilizan para hacer que la superficie del papel sea más suave y brillante. También le da un espesor más uniforme. La presión aplicada a la banda por los rodillos determina el acabado del papel.

Sección de carrete

Después del calandrado, la banda tiene un contenido de humedad de aproximadamente el 6 % (dependiendo de la materia prima). El papel se enrolla en carretes de metal utilizando un cilindro grande llamado tambor de carrete. Se mantiene una presión de compresión constante entre el tambor del carrete y el carrete, lo que permite que la fricción resultante haga girar el carrete. El papel pasa por la parte superior del tambor del carrete y se enrolla en el carrete para crear un rollo maestro.

Para poder mantener la máquina de papel funcionando continuamente, el carrete debe poder pasar rápidamente de enrollar un rollo terminado a un carrete vacío sin detener el flujo de papel. Para lograr esto, cada sección de carrete tendrá dos o más carretes girando durante el proceso. Utilizando una grúa puente, los carretes vacíos se cargarán en dos brazos primarios encima del tambor del carrete. Cuando el rollo maestro alcanza su diámetro máximo, los brazos bajarán el nuevo carrete hasta ponerlo en contacto con el tambor del carrete y una máquina detrás del tambor pasará una cinta a lo largo de la hoja de papel en movimiento, rasgándola rápidamente y uniendo el papel entrante al nuevo carrete.. Luego, el carrete se baja sobre los brazos secundarios, que guían constantemente el carrete lejos del tambor del carrete a medida que aumenta el diámetro del papel en el carrete.

La dureza del rollo debe verificarse, obtenerse y ajustarse en consecuencia para garantizar que esté dentro del rango aceptable para el producto.

Sección de la devanadora

Las bobinas de papel enrolladas al final del proceso de secado tienen el ancho recortado completo, menos la contracción por el secado, de la banda que sale del alambre. En la sección de bobinado, las bobinas de papel se cortan en rollos más pequeños de un ancho y un rango de diámetro especificados por el pedido del cliente. Para lograr esto, el carrete se coloca sobre un soporte de desenrollado y las distancias entre las cortadoras (ruedas de corte afiladas) se ajustan a los anchos especificados para los pedidos. La bobinadora funciona hasta alcanzar el diámetro de rollo deseado y los rollos se etiquetan según el tamaño y el pedido antes de enviarlos al envío o al almacén. Un carrete suele tener un diámetro suficiente para fabricar dos o más juegos de rollos.

Glosario

roto: papel de desecho producido durante el proceso de fabricación del papel, ya sea durante una rotura de hoja o recortes. Se recoge y se coloca en un repulper para reciclarlo nuevamente en el proceso.

consistencia: el porcentaje de fibra seca en una suspensión de pulpa.

sofá: en francés significa acostarse. Después del rollo de camilla, la hoja se levanta del alambre y se transfiere a la sección de prensa.

dandy roll: un rollo hueco cubierto de malla que se monta encima del Fourdrinier. Rompe los grumos de fibras para mejorar la formación de la hoja y también se puede utilizar para realizar impresiones, como ocurre con el papel verjurado. Véase también marca de agua.

bomba de ventilador: la bomba grande que hace circular el agua blanca desde el cofre de agua blanca hasta la caja de entrada. La bomba tiene un diseño especial de impulsos bajos que minimiza el efecto de los impulsos de las paletas que provocarían un peso base desigual del papel en la dirección de la máquina, lo que se conoce como bloqueo. El flujo de la bomba del ventilador puede pasar a través de rejillas y limpiadores, si se usan. En las máquinas de papel grandes, las bombas de ventilador pueden tener una potencia nominal de decenas de miles de galones por minuto.

fieltro: lazo de tela o material sintético que va entre los rodillos prensadores y sirve como lugar para recibir el agua prensada. Los fieltros también sostienen la banda de papel húmeda y la guían a través de la sección de prensa. También se utilizan fieltros en la sección de secado para mantener la lámina en estrecho contacto con los secadores y aumentar la transferencia de calor.

Relleno: sustancia finamente dividida que se añade al papel durante el proceso de formación. Los rellenos mejoran la calidad de impresión, el brillo y la opacidad. Las cargas más comunes son la arcilla y el carbonato de calcio. El dióxido de titanio es un relleno pero también mejora el brillo y la opacidad. El uso de relleno de carbonato de calcio se usa comúnmente en la fabricación de papel alcalino, mientras que la arcilla de caolín prevalece en la fabricación de papel ácido. El papel alcalino tiene propiedades de envejecimiento superiores.

formación: grado de uniformidad de la distribución de las fibras en el papel acabado, que se ve fácilmente al sostener el papel a contraluz.

caja de entrada: la cámara de presión donde se aplica la turbulencia para romper los grumos de fibras en la suspensión. La función principal de la caja de entrada es distribuir la suspensión de fibra uniformemente a lo largo del alambre.

nip: el área de contacto donde se encuentran dos rodillos opuestos, como en una prensa o calandria.

pH: el grado de acidez o alcalinidad de una solución. El papel alcalino tiene una vida muy larga. El papel ácido se deteriora con el tiempo, lo que provocó que las bibliotecas tomaran medidas de conservación o reemplazaran muchos libros antiguos.

tamaño: una sustancia química o almidón que se aplica al papel para retardar la velocidad de penetración del agua. El apresto evita el sangrado de tinta durante la impresión, mejorando la nitidez de la impresión.

rebanada: el orificio rectangular ajustable, generalmente en la parte inferior de la caja de entrada, a través del cual el chorro de agua blanca descarga sobre el cable. La apertura de la rebanada y la presión del agua juntas determinan la cantidad y la velocidad del flujo de agua blanca a través de la rebanada. La rebanada generalmente tiene algún tipo de mecanismo de ajuste para igualar el perfil del peso del papel en toda la máquina (perfil CD), aunque un método más nuevo es inyectar agua en el agua blanca a lo largo del área de la rebanada de la caja de entrada, usando así consistencia localizada para controlar el perfil del peso del CD..

stock: una lechada de pulpa que ha sido procesada en el área de preparación de stock con los aditivos necesarios, refinación y ajuste de pH y lista para fabricar papel.

web: el flujo continuo de fibra sin secar desde la camilla hasta la máquina de papel

agua blanca: filtrado de la mesa de drenaje. El agua blanca de la mesa generalmente se almacena en un recipiente de agua blanca desde donde la bomba de ventilador la bombea a la caja de entrada.

alambre: el bucle de tela de malla tejida que se utiliza para drenar la lechada de pulpa de la caja de entrada. Hasta la década de 1970 se utilizaban alambres de bronce, pero ahora se tejen con monofilamentos sintéticos gruesos similares al hilo de pescar pero muy rígidos.

Materiales

Los aceros inoxidables se utilizan ampliamente en la industria de la pulpa y el papel por dos razones principales: evitar la contaminación del producto con hierro y su resistencia a la corrosión frente a los diversos productos químicos utilizados en el proceso de fabricación del papel. El acero inoxidable tipo 316 es un material común utilizado en las máquinas de papel.