1. Educación

FORMACIÓN DE LA HOJA: MESA PLANA Y DOBLE TELA
Joan Vila. L.C.Paper S.A.
Introducción
Las técnicas de formación por vía húmeda no se han alterado prácticamente desde el pasado siglo.
En la última parte del siglo XX se han realizado numerosos avances en la comprensión de los
mecanismos fundamentales durante la fabricación de papel. Esta adquisición de conocimientos ha
permitido realizar progresos espectaculares en las unidades tradicionales de formación. Del esfuerzo
del análisis y de la comprensión efectuada nació la necesidad de invención que condujo a nuestros
días al desarrollo de unidades de formación de nueva concepción: la formación entre dos telas y la
formación a alta concentración.
La máquina de papel es una máquina de extraer agua. La forma en la que se realiza esta operación
definirá qué tipo de papel se fabrica y qué propiedades físicas tendrá.
Para formar la hoja a partir de materiales fibrosos deben realizarse dos funciones esenciales: repartir
y crear enlaces.
El uso del agua para la formación de
la hoja parece ser una herejía al que
no es papelero, que no cesa de
preconizar la vía seca ante las
dimensiones de una máquina de
papel la función de la cual parece a
primera vista la de extraer agua que
ha servido de vector de la pasta. En
realidad el agua es indispensable para
la formación de enlaces de puente de
hidrógeno que confieren al papel sus
características. Por otra parte, el
establecimiento de estos enlaces
necesita de una aproximación de las
fibras a distancias muy cercanas. Esta
aproximación se obtiene por medio de
tensiones interfaciales desarrolladas por el agua y su intensidad es inversamente proporcional a la
cuarta potencia del espesor del film líquido. Ninguna presión mecánica ejercida desde el exterior
permetiría obtener este resultado. El agua, por otra parte, hincha la fibra de celulosa y la plastifica,
confiriéndole una flexibilidad necesaria para la formación de la hoja. La obtención de una hoja por vía
seca a partir de fibras celulósicas no es imposible, pero necesita un agente de enlace y confiere una
textura al material diferente de la del papel tradicional, con propiedades diferentes a las que se
destinan a los usos corrientes del papel como conocemos en la actualidad.
La calidad del chorro a la salida de la caja de entrada es de una importancia primordial por lo que se
refiere a la formación de la hoja. El campo de velocidad en el chorro debe ser uniforme, sin corrientes
transversales o turbulencia en la que la escala sea demasiado grande en relación a su espesor. Debe
ser liso y su velocidad debe ser sensiblemente igual a la de la tela.
El chorro está formado por los labios que constituyen
un canal convergente en el que el flujo es
evidentemente constantemente acelerado. Esta
convergencia es necesaria no solamente para pasar de
la velocidad de circulación en la caja a la velocidad
propia del chorro, generalmente más elevada, sino
también para asegurar la estabilidad del chorro.
En efecto, el chorro conseguido con un diseño de
caras paralelas sería inestable a razón de las fuerzas
de roce ejercidas por las paredes. La aceleración aumenta la energía cinética y hace relativamente
negligibles las fuerzas de frotamiento.
El ángulo de inclinación del chorro en relación a la tela es de gran importancia desde el punto de vista
de la estabilidad, de formación y del desgote inicial.
Un ángulo demasiado débil en relación a la horizontal se acompaña a gran velocidad de una longitud
de trayectoria demasiado grande susceptible de inestabilidad, bajo el efecto de las variaciones de
presión de aire arrastrado por la tela.
Un ángulo demasiado grande provoca un desgote rápido en el principio de formación y da retornos de
pasta importantes hacia el rodillo de cabeza. Puede también resultar en vibraciones de la tela.
Cuando la velocidad del chorro es débil, su trayectoria está esencialmente condicionada por el
campo de la gravedad y, por consiguiente, por la distancia comprendida entre la extremidad del labio
inferior y la tela. Por el contrario, a velocidades más elevadas (a partir de 200 m/mn) la trayectoria es
mucho más permanente por el hecho de la importancia de la velocidad inicial, y ella depende
enormemente del ángulo de la dirección media del chorro con la horizontal a la salida de los labios.
Es posible modificar la incidencia del chorro
modificando la posición relativa del labio inferior en
relación con el labio superior.
LA TELA
El agua es drenada de la pasta en una tela en la que
se forma la hoja húmeda. En principio el proceso de
desgote puede ser por diferentes métodos, filtración
o espesado.
Cuando toda la pasta ha sido drenada, el desgote
remanente se realiza como un proceso de
espesado, lo cual significa una progresiva
compresión de la red fibrosa. El desgote de los
floculos de fibras que permanecen en la pasta
también se realiza mediante el principio de
espesado.
En la formación en mesas Fourdrinier el desgote de
la pasta se realiza en una tela horizontal; fue el
principio de la máquina de papel original. Durante los
años 1970 se incrementó el uso de la doble tela
para la producción de papeles de impresión
escritura. La pasta está encerrada entre dos telas
permitiendo el desgote en las dos caras, lo cual
genera productos con menor asimetría, con menor doble cara. El desgote de doble tela actualmente
se usa para la producción de papeles para embalaje y cartón.
Deposición fibrosa
Es de vital importancia que la distribución de
las fibras en la hoja sea lo más uniforme
posible puesto que ello permite obtener la
mejor formación. Tradicionalmente hay tres
vias para propiciar la distribución de fibras:
desgote, fuerzas de orientación y turbulencia.
En la caracterización de pasta se usan dos
índices para evaluar i predecir las propiedades
de desgote, el Shopper Riegler (SR) o el
Canadian Frenes level (CSF). Sin embargo,
hay dos razones principales que caracterizan la pasta para el potencial de predicción durante la
fabricación de papel:
-
La estructura de la hoja dependerá de los detalles en el proceso de formación.
La hoja es altamente compresible; sin embargo, la resistencia al drenaje de una hoja
específica variará con la presión de desgote.
La compresibilidad de la hoja húmeda tiene una influencia importante en la relación de desgote
puesto que, con los niveles de presión empleados en modernas secciones de tela, la concentración
de la hoja se incrementa considerablemente.
Después de un desgote ordinario por filtración a presiones de desgote bajas, la hoja húmeda tiene del
orden de 3-4%. La concentración de la hoja se incrementa por encima del 10% con la aplicación de
una presión de 10 kPa, un nivel de presión típico en aplicaciones como el formador de doble tela con
rodillo. La resistencia a la filtración aumenta considerablemente con niveles de concentración
elevados.
Durante el proceso de desgote en la sección de la tela, una suspensión fibrosa es forzada contra una
hoja compresible, porosa, soportada por una superficie de un tejido de tela de formación. Las
partículas sólidas en la suspensión tienen un cierto grado de bloqueo (definición de retención),
primero por la superficie de la tela y posteriormente por la hoja húmeda acumulada. La resistencia al
flujo a través de la hoja húmeda formada es influenciada por varios parámetros tales como:
- Concentración de la pasta y composición del material.
- Propiedades de las fibras (dimensiones, grado de engrase, propiedades elásticas)
- Condiciones químicas, especialmente la aglomeración de finos y cargas al material fibroso
mediante el uso de agentes de retención.
- Características del chorro de la caja de entrada.
- Características de la tela de formación.
- Tiempo aplicado por la presión de desgote.
FORMACIÓN EN MESA PLANA
La máquina de papel tradicional es una máquina fourdrinier, con mesa plana, que fue introducida
alrededor del año 1820. Se usó una tela horizontal y el desgote se realizaba por una cara. El desgote
en mesa plana clásico se basaba el efecto de la gravedad y los rodillos que soportaban la tela fueron
introducidos únicamente para mantener la tela horizontal, causando la mínima fricción. Hoy, se
aplican varios elementos de desgote debajo de la tela de la mesa plana con el objeto de crear efectos
de desgote; también se usan para el control del grado de floculación en la hoja formada.
El posicionado del chorro en la tela y
el inicial drenaje son extremadamente
importantes para la capacidad de
desgote y para la calidad del
producto. El chorro de forma ideal
debe impactar la tela inmediatamente
frente al mármol. Si el chorro de la tela impacta mucho antes del mármol, el desgote se realiza
demasiado rápido resultando un deterioro de la formación, mientras que si el chorro impacta en la tela
en la parte superior del mármol se apresará aire y se estropeará la formación.
En el caso de cajas hidráulicas, pulsaciones de presión excesivas en la pasta que sale de la caja de
entrada generan en el chorro pulsaciones de velocidad. En aplicaciones de formadores de mesa
plana dichas pulsaciones de velocidad pueden causar serias variaciones de gramaje en dirección
máquina y en dirección transversal. Debido a efectos de amplificación creados por ondas en MD
creadas en la tela, las variaciones de gramaje pueden ser hasta diez veces mayores que las
variaciones a la salida de la caja.
Rodillos de la mesa
A medida que las velocidades de las máquinas se han incrementado gradualmente, la velocidad de
los elementos de soporte de la tela – rodillos de la mesa- aumentan su habilidad al desgote. Trabajos
realizados por Wrist en los años 1950 describieron el principio básico de desgote de los rodillos de la
mesa.
En un rodillo de mesa, se produce un pico de presión de succión en la salida del rodillo en la zona de
expansión entre la cuña de la tela y el rodillo. Ello causa una deflexión local de la tela inmediatamente
después del rodillo y un correspondiente movimiento hacia arriba de la tela antes del próximo
elemento de desgote. Los movimientos verticales de la tela generan inestabilidades en la pasta en la
tela y, en cierto grado, mejora la formación final de la hoja.
Antes del rodillo de la mesa la tela contiene una capa de agua en la parte inferior remanente del
anterior rodillo de desgote; esta agua es inicialmente presionada contra la tela antes de que se
genere el mencionado pulso. El efecto de lavado introducido resulta en un contenido en menores
finos (y cargas) en la cara tela de la hoja, por el lado del papel por el que se desgota por la tela. Al
mismo tiempo puede disminuir la resistencia al drenaje en la parte inferior de la hoja.
La amplitud de los pulsos de presión de succión de los rodillos de la mesa es proporcional al
cuadrado de la velocidad de la tela. Hay no obstante un límite superior para la aplicación de los
rodillos de mesa de aproximadamente 500 m/mn, por encima de la cual las fuerzas verticales
resultantes son tan intensas que el elevado grado de perturbaciones generadas destruye la formación
de la hoja final. A mayores velocidades de las máquinas los rodillos de la mesa no pueden ser usadas
como elementos de desgote.
Foils
Los foils o reglas fueron introducidos durante los años 1960 convirtiéndose en un elemento estándar
en velocidades de máquinas en las que no se podían usar más los rodillos de mesa. Un elemento foil
consiste en una regla estacionaria colocada bajo la tela, la parte superior del cual forma un pequeño
ángulo de expansión con la tela, generando una presión inferior. Sin embargo, eligiendo un ángulo
suficiente, a veces menor de un grado, puede generarse una deseable presión de succión incluso con
altas velocidades de tela. La figura muestra la diferencia
entre el pulso de presión inferior entre el rodillo de mesa y
un elemento de foil.
La mayor parte del agua succionada por el foil se quedará
pegada a la tela en la cara inferior y será rascada por el
próximo elemento foil. Para minimizar el pulso de presión
generado por la fuerza de reacción F por unidad de ancho,
a partir del desvío del espesor h de la capa de agua, el
ángulo β del frente del foil debe ser lo más pequeño
posible.
Si el frente del foil es demasiado agudo, la vida de la tela se deteriora. Los
pulsos de presión generados en el filo frontal, y la cantidad de agua
prensada contra la tela, serán mucho menores que los que se desarrollan en
el caso de los rodillos de mesa.
Para incrementar el efecto del desgote, se pueden instalar varios elementos
de foils en cajas de vacío. El desgote se realiza también entre los foils.
La optimización de los ángulos individuales y la distancia de la separación
entre los elementos es un procedimiento complejo. Cuando el ángulo de foil
cambia por desgaste, el foil debe ser reemplazado.
Se ha estudiado experimentalmente el desgote evaluando la inestabilidad introducida mirando la
superficie de la pasta en la tela usando una luz estroboscópica. La amplitud de las perturbaciones en
la superficie se gradúa como “actividad” en números del 1 (superficie suave) hasta 10 (saltos
importantes de pasta). Entre otras cosas, estos estudios de actividad muestran que un incremento en
el ángulo de foil en la sección de tela conlleva una óptima combinación de capacidad de desgote y de
formación de hoja.
Para cambiar el grado de actividad en una tela sin cambiar los elementos de foils como sería normal
con foils tradicionales, se puede cambiar el nivel de vacío de la caja. A mayores vacíos, mayor es la
succión a través de los foils y mayor el grado de actividad de la tela. El mismo desarrollo se encuentra
con los vacufoils, cajas de foils con vacío interior.
Cajas aspirantes y cilindro aspirante
Después de la línea de agua, las cajas aspirantes recubiertas
con revestimientos con agujeros o ranuras incrementan la
concentración de la hoja. La succión final se realiza mediante el
cilindro aspirante. El rango de valores de vacío son de 15-40 kPa
en las cajas de vacío y de 40-80 kPa en el cilindro aspirante.
El desgote en esta zona es una combinación de una compresión
de la hoja y de un efecto de fricción por el aire transmitido.
Modificación de la estructura
Para mejorar la formación en una máquina plana, un movimiento
de trateo balancea la primera parte de la tela generando un corte
orientado en la pasta en la tela. Fue originalmente introducido en
máquinas de baja velocidad, pero se ha aplicado posteriormente
hasta alcanzar 600 -700 m/mn. Como se ha descrito
anteriormente en las máquinas modernas el efecto de corte
“shaking” se realiza en la dirección vertical.
Un Dandy roll es un rodillo abierto cubierto con una tela. Se aplica encima de la mesa cuando la
concentración de la pasta está alrededor de 2-3%, mejorando la formación introduciendo un esfuerzo
en la pasta. El Dandy roll no es un elemento de desgote, y la concentración de la pasta a la salida del
mismo es la misma que a la entrada.
Los Dandy rolls son difíciles aplicar en máquinas de velocidades elevadas por dos razones:
-Si el rodillo se coloca demasiado pronto en la mesa, caen gotas en el lado seco creando marcas en
la hoja.
-Si el rodillo se coloca demasiado cerca de la zona seca es difícil mantenerlo limpio, empeorando a
mayores velocidades.
Por lo que respecta al efecto de mejora de la formación de la hoja, el formador de la doble tela puede
ser considerado como un desarrollo del Dandy roll, puesto que puede funcionar con bajas
concentraciones de fibras a su entrada y también a velocidades muy elevadas. Muchas máquinas de
mesa plana, especialmente las que fabrican calidades para impresión escritura, han sido
transformadas a formadores híbridos mediante la introducción de “dandy rolls ampliados” en forma de
telas superiores.
La anisotropía de la orientación de las fibras en la
hoja a la salida de la sección de tela depende
parcialmente de la orientación de la pasta del chorro
de la caja y parcialmente del cambio en la
orientación durante el proceso de desgote. Durante
el desgote, el corte longitudinal y la interfase entre la
tela/hoja y la pasta, causado por una cierta diferencia
de velocidad entre el chorro y la tela, introduce la
combinación de efectos mencionados. La anisotropia
de la orientación fibrosa no puede reducirse durante
el proceso de desgote; solamente puede
incrementarse por el corte orientado.
Danielsen y Steenberg realizaron la primera investigación sobre la distribución en la dirección z de
una hoja usando diagramas polares para describir la distribución de la orientación de las fibras. Se
encontró que la orientación era mayor en el lado tela de la hoja puesto que este lado se forma
primero y el movimiento relativo entre tela/hoja y pasta decrece gradualmente en el proceso de
desgote.
Está demostrado que en la
fomación de una mesa plana,
una diferencia entre las
velocidades del chorro y la tela
afecta la formación y a la
orientación de fibras. Cuando la
diferencia de velocidad se
desvía de cero en pequeñas
cantidades, la formación mejora.
Ello puede ser causado por la
rotura de flóculos de fibras a
través del esfuerzo cortante, o
puede ser resultado del
suministro de fibras extra para
las áreas de bajo gramaje a
través del movimiento relativo de la pasta en el plano de la hoja.
A mayores diferencias de velocidad, los efectos perturbadores deteriorarán la formación.
La anisotropía y la formación dependen de la diferencia de velocidad chorro-tela. Esta relación se ha
estudiado ampliamente.
Debe notarse que en adición a los efectos de la anisotropia de la orientación de la fibra, la anisotropía
de la longitud de rotura de un papel acabado se ve afectada también por la tensión de secado durante
el secado.
Posteriormente se ha conocido más sobre la mala alineación en la orientación de fibras, en parte
porque ha habido una demanda en los productos y en parte porque se han mejorado los instrumentos
para medirla. La mala alineación de las fibras puede ser causada por un chorro de la caja de entrada
con el vector de velocidad no alineado exactamente con la MD o por los flujos laterales generados en
la sección de la tela.
FORMACIÓN CON DOBLE TELA
Cuando la velocidad de la máquina es mayor, más larga debe ser la sección de tela para desgotar un
determinado producto. En una máquina de mesa plana a velocidades elevadas los problemas de
inestabilidad de líquido en la superficie se incrementan, generando inestabilidades en la pasta en la
tela y una fricción considerable entre la pasta y el aire.
Durante los años 1950 se trabajó para resolver estos
problemas, empezando los experimentos para atrapar
la pasta entre dos telas, lo que se llamaría “formación
entre dos telas”. Este nuevo principio tiene la ventaja
de evitar la superficie libre entre la pasta y el aire,
incrementando la capacidad de drenaje mediante el
desgote a través de las dos telas, y posibilitando el
desgote simétrico y consiguientemente una estructura
de hoja también simétrica. Puesto que en cada
dirección, la mitad del drenaje se realiza a través de la
mitad del gramaje, la capacidad de drenaje se
cuadriplicará en comparación con el realizado por una
cara.
En los formadores de doble tela se forman dos hojas, cada una de la mitad del gramaje. Esto significa
que se puede prever un menor nivel de retención en comparación con una mesa plana puesto que la
retención se incrementa con el gramaje. Además el potencial de resistencia de la hoja decrecerá,
hasta cierto límite, puesto que el efecto de la autocorrección en la distribución de fibras será menor a
gramajes más bajos.
El principio del formador de doble tela fue patentado tempranamente en el último siglo, pero no fue
hasta la década de los años 1950 que las máquinas se desarrollaron para usarla en la producción de
papel y cartón.
David Webster inventó y demostró el principio de la doble tela Roll former para la producción de
papel impresión escritura durante los años 1950.
Durante los años 1970 este principio se comercializó como el Papriformer (Dominions Engineering,
Paprican) y el Periformer (KMW).
El diseño de la Inverform de Brian Attwood se
desarrolló en la fábrica de St. Anne Board. El
diseño fue un desarrollo de una doble tela en la
cual se depositaban capas de cartón
sucesivamente en una mesa muy larga. Aparte
de la primera capa, todas las capas eran
drenadas hacia arriba a través de las telas
superiores, en las que se creaban nips de doble
tela junto con la hoja en la tela inferior.
Durante los años 1960 se desarrollaron los
formadores de doble tela con rasqueta por Beloit
(Bel Baie) y Black Clawson (Vertiforma).
En los formadores de doble tela puros el chorro
de pasta es suministrado directamente en el espacio entre las dos telas, de ahí el término de “gap
former”
Durante los años 1970 el formador de doble tela fue el principio dominante para nuevas máquinas de
impresión escritura. Con estas máquinas se obtenian las siguientes ventajas:
-Incremento de la capacidad de drenaje
-Un papel más simétrico
-Menor variabilidad del gramaje
-Mejor formación
-Mejor cohesión interna.
Durante los años 1990 crecieron las máquinas de doble tela para la producciónde papel para
embalaje, con la principal razón de producir papeles con menor variación de gramaje y por su elevada
capacidad de desgote.
Roll forming
Como se ha mencionado anteriormente, David
Webster desarrolló el concepto original de roll former
durante el comienzo de la década de los años 1950.
Este diseño intentó el guiado mecánico de ambas
telas en el mismo punto, lo que fue un problema de
solución imposible para alcanzar la precisión requerida;
por ello ningun prototipo tuvo éxito.
Durante los años 1970 los roll formers de doble tela
dominaron las nuevas máquinas de impresión
escritura. En una doble tela roll former, un chorro de
pasta es inyectado en el nip entre dos telas alrededor
de un rodillo. El drenaje se realiza a través de ambas
telas, la exterior y la interior. Esta última agua se
mantiene en la superficie del rodillo y es liberada
cuando la tela interior abandona el rodillo. A partir de ahí el agua drenada es conducida al depósito de
aguas coladas.
La tela exterior se mantiene a una tensión T (kN/m) y, empleando mecanismos clásicos, la presión del
2
fluido p (kN/m ) generada en la pasta se relaciona con la siguiente ecuación
P = T/R
donde R (m) es el radio de curvatura de la tela
La tela exterior se aproxima a la zona de formación con un tramo recto R=∞. El radio de la tela
exterior decrece gradualmente desde el infinito hasta el radio del rodillo de formación R
correspondiendo a un gradual incremento de la presión de desgote. El radio del rodillo es una
aproximación aceptable para la curvatura de la tela desde la fase inicial puesto que la distancia de
separación entre la tela exterior y la superficie del rodillo es relativamente pequeña respecto al radio
del rodillo.
El roll former puede caracterizarse por un fácil funcionanmiento (pocas variables) y un proceso
seguro, que puede aceptar u cierto grado de imperfecciones en el chorro de pasta sin tener efectos
negativos en la formación. Con las cajas de entrada usadas en los años 1970, debido al drenaje
suave, el formador de rodillo no tuvo los mejores niveles de formación. Sin embargo, posteriores
experimentos indicaron que las cajas de entrada diseñadas para obtener una elevada anisotropía en
la orientación de fibras en el chorro de tela producen papeles con una formación mejorada. El
proceso de drenaje poco alterado consigue un nivel de retención relativamente alto, lo que reduce la
necesidad de agentes de retención.
Se pretende a menudo que la presión de desgote en un roll former se genera por fuerzas centrífugas.
Es fundamentalmente falso, puesto que la presión de desgote es únicamente creada por la tensión en
la curva de la tela exterior. Debido a la influencia de la fuerza centrífuga, sin embargo la caída de
presión en la tela interior disminuye por pc. Para compensarlo y mantener la misma caída de presión
en la tela exterior e inferior se crea una correspondiente presión de vacío pc con la ayuda de una zona
de succión en el interior del rodillo.
El formador de tisú Crescent former, un estándar en este sector, es un formador roll former en el que
la tela interior se ha sustituído por el fieltro. El desgote se realiza exclusivamente por la tela exterior;
es un tipo de formador sencillo de manejar y con una retención alta.
Diferencia de velocidad Chorro-tela
En una máquina de mesa plana la anisotropia de orientación de fibras mínima se obtiene con una
relación chorro/tela de uno, que corresponde a velocidades iguales de chorro y tela.
Cuando el chorro de pasta de la caja de entrada entra en el gap de la tela en una unidad roll former,
se encuentra con la presión de desgote, creciendo gradualmente hasta p=T/R, que significa que el
chorro está desacelerado.
Si se desea la menor orientación de fibras, después de la aceleración en la entrada de la zona de
formación la pasta debe adoptar la misma velocidad que la de las telas.
En un papel que se desea con la mínima anisotropia en la orientación de fibras en una doble tela roll
former, se debe usar siempre una relación chorro tela mayor que 1. Ello difiere en principio del caso
de la mesa plana, donde la mínima orientación se alcanza a relación de velocidad igual a 1.
La relación chorro/tela para una mínima orientación se incrementa cuando decrece la velocidad de la
máquina como se expone en la siguiente tabla para el caso de T=6 kN/m y R=0,8 m.
Velocidad tela m/mn
Relación chorro/tela
100
2,53
200
1,53
1
%
7-8
%
4-5
%
11
%
32
%
10
0
%
2,5
%
4
%
12
%
35
%
1,5 - 2
%
0,5
%
15-18
%
2
%
500
1,10
1000
1,027
2000
1,007
Debe notarse que la diferencia absoluta de
velocidad más que la relación de velocidad entre
la pasta y la tela es físicamente más relevante en
la determinación de las propiedades del papel
fabricado.
Como se ha descrito anteriormente la presión en
un roll former es constante durante una parte larga
del proceso de desgote. Ello significa que no es
posible la introducción de perturbaciones locales,
tales como elementos foils en la mesa plana. La única via para mejorar la formación es funcionar con
algún diferencial de velocidad entre la pasta y las telas.
Formador de rasqueta
Durante los años 1960, se desarrollaron los principios de drenaje basados en elementos de drenaje
estacionario. Black Clawson diseñó el Vertiforma con elementos estacionarios instalados en ambos
lados de las telas, inicialmente opuestos entre sí, pero más tarde escalonados.
Pronto se vió que la primera variable que determina la presión de desgote es la curvatura de la tela.
Es obvio pues que no puede existir presión de desgote a lo largo un tramo recto, tela libre.
En el diseño de Beloit, la Bel Baie, se colocó un mármol curvado en una de las dos telas. En la mitad
de los años 1970 el principio básico de desgote para tales formadores se explicó como el mismo que
en el roll former. La presión de desgote en el mármol de formación fue calculado de la misma manera
y el radio R del elemento fue insertado en lugar del radio de la tela. Este radio fue de un orden de
magnitud mayor que el de un roll former. La hipotética menor presión de desgote se sugirió como la
razón principal para la mejora de la formación en comparación con la doble tela roll former.
Sin embargo se vió que en la generación de fuerzas
de desgote F el ángulo de la deflexión local 2α de la
tela exterior de tensión T era básico en el elemento
individual del mármol.
La forma del pulso de presión producido por la fuerza
F depende de varios factores tales como la velocidad
de la tela, la separación de la tela, y la tensión de la
tela.
Se sugirió que la naturaleza de la pulsación de la
presión de desgote generaba un corte en la pasta
entre las telas, mejorando la formación de la hoja producida.
Se introdujo el término rasqueta para los elementos deflectores que componían el “blade former”.
Varias rasquetas montadas juntas constituyen el mármol “blade shoe”.
Si todas las rasquetas eran introducidas en una misma cara de las telas, los pulsos de presión eran
prácticamente iguales si se cambiaba la separación entre telas puesto que la tela exterior es libre en
la dirección del espesor. Ello significa que la presión de desgote, como en el roll former, se
autoajusta, por ejemplo cuando cambian las propiedades de la pasta o en un cambio de gramaje.
Sin embargo, si una rasqueta se posiciona en el lado opuesto de las telas, los ángulos de deflexión a
través de las rasquetas individuales serán mayores dependiendo de la separación entre las telas.
Las medidas de la forma de los pulsos de presión demuestran claramente que el puso de presión
generado por la flexión en el centro de la rasqueta está desarrollado casi completamente antes del
cambio local del ángulo de la rasqueta.
Cuando se comparan los formadores de rasqueta con pulsación de presión con los roll formers,
aquellos producen hojas con una formación superior. Sin embargo, el nivel de retención de finos y
cargas será menor.
La anisotropia de la orientación de fibras no puede ser manipulada en el mismo grado con la variación
de la diferencia de velocidad entre el chorro y las telas en un formador de rasqueta como en el roll
former, puesto que los pulsos de presión de las rasquetas tienen un efecto adicional en la anisotropía.
Formador híbrido
Durante los años 1970, los formadores constituidos por una
mesa inicial seguida de un formador de doble tela fue una
alternativa para las nuevas máquinas, como la Valmet
SymFormer. Durante los años 1980 este principio fue también
aplicado para la reconstrucción de máquinas para la fabricación
de papel impresión escritura.
Durante estos años la mayoría de constructores de maquinaria
reconstruyeron una cantidad importante de máquinas de
impresión escritura, usando principios similares al anterior. A
veces se incluían también formadores de rasqueta.
Roll-blade forming
También durante los años 1980 se introdujereon nuevas combinaciones de formadores de rasqueta,
de rodillos y de mármol.
Si un mármol de un formador (blade shoe) se diseña con una
superficie curva con ranuras paralelas, los pulsos de presión serán
generados debido a la flexión de la tela en los bordes de las
rasquetas.
Para evitar las flexiones locales de la tela, el radio de la rasqueta
debe incrementarse en proporción a la longitud relativa de la
rasqueta. En realidad, deben usarse rasquetas planas si las
flexiones de la tela son pequeñas.
Para incrementar el desgote inicial, se aplica a menudo vacío en los
mármoles de rasquetas. El vacío deforma la hoja al interior de la tela
con un radio de curvatura.
Beloit diseñó un formador con rasquetas iniciales seguidas por una
mármol de rasqueta y un rodillo de desgote.
Valmet aplicó la filosofía opuesta y usó un rodillo de desgote inicial seguido de zapatas de rasquetas.
En la formación de cartón de gramajes elevados, que se realiza a velocidades relativamente bajas, es
difícil evitar inestabilidades en el nip del rodillo. En los primeros años de 1980 la compañía Dorries
(ahora parte del grupo Voith) desarrolló un nuevo método de formación de cartón de doble tela
colocando una tela superior en una mesa plana, en la que las láminas se colocaban debajo de las
telas que podían ser prensadas hacia arriba con ajustes de carga individuales. Esta fue la primera
doble tela donde la amplitud en la presión de desgote en la zona de formación puede ser controlada
en línea.
Formación multi hoja y multicapa
La formación multi hoja se ha aplicado tradicionalmente en la fabricación de cartón por dos razones
diferentes:
-
la resistencia al desgote se incrementa exponencialmente con el gramaje medio, lo que
significa grandes problemas para formar un cartón de alto gramaje en una única capa.
El uso de diferentes fibras económicas requiere el posicionado de diferentes calidades de
fibras en los planos del espesor del cartón.
La formación de productos multi hoja usando unidades de formación separadas para cada capa
tiene una larga historia.
Los productos tisú multicapa se producen en un proceso de formación simultánea, en los que un
chorro multicapa se forma usando una caja de entrada multicapa y es drenada en una doble tela.
Este tipo de formación fue desarrollado para aprovechar mejor las composiciones con diversas
pastas, sin el coste de la instalación de varias secciones de drenaje.
La formación simultánea se llama a menudo
“formación multicapa”, en contraste con el
término formación “multi hoja” para el caso
que se usan unidades de formación
separadas. Estas definiciones, no obstante, no
son generalmente aceptadas; ninguna de ellas
es evidente. Es por ello preferible el uso de
términos “separado” y “simultáneo” para
discriminar los dos principios de formación.
La máquina tradicional de formador para
cartón fué la forma redonda. Una forma
redonda consiste en un rodillo abierto cubierto por una tela, parcialmente sumergido en un recipiente
lleno con pasta. Una hoja húmeda se construye gradualmente durante la rotación del rodillo en la
pasta. La parte superior del rodillo es prensada a un fieltro mientras que en la parte inferior se van
depositando sucesivamente capas. Para mejorar la velocidad potencial, el recipiente fué reducido en
tamaño y eventualmente diseñado como una caja de entrada, en la que el labio inferior era la
superficie del rodillo en rotación. El formador Bristol tiene este diseño y su limitación es la desviación
de una forma perfectamente circular. Esto creó variaciones periódicas en el labio de la caja de
entrada y por ello en el gramaje.
El primer formador de cartón doble tela fue la máquina Inverform, desarrollada durante los años 1950.
posteriormente fue modernizada por la unidad de Beloit Bel Bond, varias de las cuales se colocaron
en una mesa plana para formar un producto multi hoja. En estas máquinas cada capa adicional se
forma encima de una hoja previamente formada.
La unidad de doble tela Duoformer D de Voith hizo posible un control individual de los pulsos de
presión de desgote en el formador. Este principio también fue aplicado en el Sym-former-MB por
Valmet y el Bel Bond CB por Beloit con rasquetas contracorriente. En todos estos diseños las capas
adicionales se forman contra la hoja existente.
Una alternativa a la formación de cartón es el uso de
secciones separadas de mesas para cada hoja, y
unirlas después en hojas individuales en una tela
común. Este principio mejora las posibilidades de
optimización separada para cada hoja, pero es una
solución costosa.
Recientemente también los modernos principios de
doble tela se han aplicado separadamente formando
hojas individuales, y uniéndolas en una tela común.
Un ejemplo es la Duoformer Top de Voith, que forma la hoja superior.
Una propiedad crítica en el cartón es la fuerza de adhesión entre las hojas individuales, y ello es un
problema principal cuando se forman hojas separadas y colocadas juntas. Primero se pensó que la
sequedad de la hoja era el parámetro más crítico, pero ahora se ha visto que el contenido de finos en
la interface de la hoja es un parámetro decisivo. Si las hojas individuales se forman con un drenaje
por una cara, la cara tela tendrá normalmente un contenido de menos finos. Un diseño de tela debe
por lo tanto evitar el caso en que las hojas se juntan con las dos caras tela contra sí mismas. Para
mejorar la resistencia al pliegue es necesario a veces pulverizar una solución de almidón o agua
colada conteniendo finos ente las dos hojas antes de unirlas.
Formación y resistencia del papel
Se ha sugerido a veces que la mejora de la formación del
papel también implica un mejor nivel de resistencia.
Desafortunadamente esta relación universal no existe. Es
conocido que una disminución de la concentración durante la
formación mejora tanto la formación como la resistencia.
La situación es sin embargo un poco diferente si la formación
se mejora por pulsos durante la formación de doble tela. En
una máquina nueva de liner con un formador de doble tela
con rasqueta, un pulso elevado al final mejora la formación de
todo el liner pero, al mismo tiempo, los valores de
reventamiento empeoran. Grandes flóculos han sido
destruidos mejorando la formación de la gran escala, pero ello
va acompañado por alguna deterioración de la formación de la
pequeña escala. Los flóculos deteriorados contribuyen a
variaciones de la pequeña escala y, debido a enlaces
insuficientes entre fragmentos de flóculos, las propiedades de
resistencia se han reducido.
Posteriores investigaciones han confirmado que la mejora de la floculación de gran escala por los
pulsos de presión de la doble tela reducen la resistencia del papel. Un ejemplo es la resistencia a la
delaminación del papel como una propiedad importante en las prensas de impresión a elevadas
velocidades y en productos de cartón. Se ha encontrado que en la formación de doble tela la
introducción de pulsos de presión durante los últimos estadios de desgote tiene un efecto negativo
considerable en la resistencia a la deslaminación. Puede ser causado por la separación de elementos
de la red de fibras en un corte orientado en el centro de la hoja.
La formación con mesa plana tiene un potencial para desarrollar mejores propiedades de resistencia
que la doble tela debido a un efecto de amplio autoajuste en la distribución de las fibras con un
desgote por una cara. Este desgote tiene la ventaja también cuando se observa desde el punto de
vista de la deslaminación. El desgote por las dos caras reducirá la cantidad de finos en el centro del
producto, con lo que creará una baja resistencia a la deslaminación.
El exceso de aditivos de retención mejora la formación de papel; sin embargo, la mejora de la
formación no va acompañada de un incremento en la resistencia, la cual permanece si cambios. Una
posible explicación de la mejora de la formación es el efecto de los polímeros de retención en el
incremento en la viscosidad del fluido drenado. Esto reduce las interacciones entre las fibras y reduce
la floculación de fibras.
En conclusión el potencial de resistencia del papel se determina por las propiedades de la pasta en la
caja de entrada. Las manipulaciones durante la fase de desgote, bien sea en una máquina de mesa
plana o en una doble tela, puede mejorar la formación, pero va siempre acompañada de una
reducción en la resistencia del papel.