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Ferramentas avançadas para a fabricação e técnicas de prensagem de papel tissue

Por: Glen A. Harvey Diretor Global de Engenharia “Value Results”

O Programa Rezolve™ da Xerium é uma ferramenta desenvolvida para calcular a quantidade de água presente no nip e o volume vazio disponível durante a vida do feltro em máquina. Ajuda a alcançar as condições ideais de prensagem e reduzir custos de energia.

Uma máquina de papel depende de inúmeras variáveis que precisam ser trabalhadas para conseguir um papel de alta qualidade, com baixo custo energético e altas taxas de produção. As novas ferramentas de engenharia permitem definir os parâmetros dos nips das prensas das máquinas de papel e identificar condições praticamente ideais. As vestimentas das máquinas de papel e os revestimentos dos rolos têm experimentado de forma individualizada inúmeros avanços nos últimos anos, porém a combinação desses avanços pode proporcionar maiores benefícios para o melhor desempenho da máquina de papel. O maior entendimento das condições de prensagem no nip tem permitido concentrar os esforços na otimização, que agora podem ser abordados através de técnicas não disponíveis anteriormente.

O programa Rezolve da Xerium utiliza algoritmos sofisticados para calcular a quantidade de água presente no nip e o volume vazio disponível durante a vida útil do feltro.  A quantidade de água no nip é a combinação da água removida da folha e da água transportada pelo feltro. Portanto as variáveis da máquina de papel que afetam a quantidade de água incluem a gramatura da folha, teor de sólidos da folha na entrada, o desenho do feltro e o sistema de condicionamento do feltro.

O volume vazio total disponível no nip é uma combinação do volume vazio do feltro (que varia do início ao final da sua vida útil) e o volume vazio do padrão de acabamento da Prensa.  O volume vazio do feltro depende do projeto do feltro, quantidade de tempo em máquina (dias) e a pressão específica (intensidade de nip) aplicada no feltro. Por este motivo, o volume vazio do feltro depende também da carga aplicada, do diâmetro da Prensa, do material do revestimento, da dureza, da espessura do revestimento e da temperatura de operação.

O volume vazio no nip derivado do padrão de acabamento é calculado pela avaliação do volume vazio efetivo.  O volume vazio efetivo é uma medida do volume do vazio que permanece disponível no nip.  O volume vazio efetivo é uma função da área aberta dos orifícios de sucção, do diâmetro do furo cego, da área aberta do furo cego, da profundidade do furo cego, da largura da ranhura, e da largura entre as ranhuras e a profundidade da ranhura. Outras variáveis que figuram na medição do volume vazio efetivo do revestimento da Prensasão: a carga da prensa, a dureza do revestimento, e a disponibilidade de raspadores.

A diferença entre o volume vazio total no nip e a quantidade de água no nip é igual ao volume vazio residual. O volume vazio residual pode ser usado como uma indicação de condições desfavoráveis no nip. Através de experiência prática em uma máquina ou de máquinas e gramaturas similares, pode ser determinado um mínimo de volume vazio residual para cada aplicação de prensagem individual.  Esse mínimo de volume vazio residual já indicou com precisão situações com problemas hidráulicos excessivos, crushing, e problemas de controle da folha no final da vida útil do feltro.

O volume vazio residual reduzirá ao longo da vida do feltro devido à compactação e a perda do volume vazio do feltro durante a sua vida útil.

O insuficiente volume vazio residual pode ser contraproducente no que se refere a alcançar um papel de alta qualidade, baixo custo de energia e altas taxas de produção. O insuficiente volume vazio residual cria uma restrição ao fluxo que produz baixo teor de sólidos na saída, resultando em custos mais altos de energia e máquinas com menor velocidade.  O insuficiente volume vazio residual também pode criar crescentes forças hidráulicas no nip.  Forças hidráulicas excessivas e indesejadas podem causar uma redução nas propriedades desejadas na folha e prejudicar o desempenho sustentável dos feltros. Forças hidráulicas severas também podem causar uma deterioração da superfície do revestimento do rolo e nos padrões de acabamento. Isso pode reduzir a eficiência da prensa na remoção de água pela redução da uniformidade na prensagem, e também vai exigir a remoção de mais material do revestimento durante a retífica do rolo.  A remoção de mais material do revestimento reduz a vida útil efetiva do rolo e também reduz as profundidades do padrão de acabamento, piorando ainda mais o volume vazio residual durante as próximas campanhas do rolo.

Um dos outros detrimentos do insuficiente volume vazio residual é a incapacidade de lidar com as variações do perfil transversal de umidade. Em inúmeras ocasiões, a variação de umidade transversal 2-sigma foi significativamente reduzida (redução de 50%) a partir de uma condição insuficiente, fornecendo um volume vazio residual apropriado. Se a folha não puder manejar a quantidade de água no nip, então áreas mais úmidas da folha irão passar pelo nip. Com volume vazio suficiente, áreas mais úmidas da folha irão transferir mais água para o feltro nestas regiões corrigindo a variação de umidade transversal.

Não apenas as ferramentas de engenharia e o entendimento das condições nos nips avançaram, os feltros e os materiais dos revestimentos também sofreram grandes desenvolvimentos. Os feltros agora utilizam:

  • Tecnologia de agulhamento avançado Huyperpunchpara melhorar a lisura da folha;
  • Novos conceitos de base para melhorar a uniformidade de prensagem e desaguamento no nip;
  • Projetos de emenda ProSeam aperfeiçoados para reduzir imperfeições e marcas na folha, reduzindo o tempo de instalação e aumentando a segurança;
  • Camadas de mantas axiais de não-tecido para aumento do volume vazio e melhor aspecto visual da folha;
  • Fibras na manta com maior resistência e mais resistentes a produtos químicos;
  • Fibras projetadas para melhor suavidade e redução de reumidecimento.

Os materiais dos revestimentos dos rolos também sofreram grandes avanços através do desenvolvimento de:

  • Superwear Xtreme, Xtreme TS e Quantum Xtreme, que são materiais de resistência superior à abrasão em todas os ranges de dureza;
  • Materiais com baixa histerese – característica que permite operar mais frios (gera menos calor) e sem o uso de refrigeração por água;
  • Materiais com módulos de elasticidade mais altos que melhoram a integridade do revestimento proporcionando maior estabilidade no revestimento (padrão de acabamento);
  • Revestimentos Aquarius Armor que oferecem os benefícios de um nip mais largo e macio, bem como a resistência ao desgaste, a resistência química e o releasede um material de revestimento mais duro;
  • Sistemas de adesão mais forte e aprimoramentos na base;
  • Materiais com estabilidade duradoura de dureza;
  • Poliuretano Rebel com materiais aperfeiçoados resistentes ao hidrocarboneto para melhor tolerância a óleos, pitch, e outros produtos químicos na seção de prensagem.

 

Enquanto os feltros e os revestimentos de rolos receberam inúmeros avanços que melhoram seu desempenho individual e os algoritmos do Rezolve proporcionaram melhor entendimento das condições no nip das prensas, os progressos derivados desses avanços combinados podem oferecer os maiores benefícios com relação ao desempenho ideal da máquina de papel.

Os projetos dos padrões de acabamento dos revestimentos de rolos foram reduzidos devido ao receio de marcação da folha.  Esforços que não foram bem sucedidos no passado evitaram a utilização de novos padrões de acabamento mais agressivos.  Através do entendimento do aprimoramento das bases tecidas, das mantas de não-tecidos com maior volume vazio, das técnicas avançadas de agulhamento combinadas com os materiais de revestimento com módulos de elasticidade mais altos e de operação com menor temperatura, revestimentos com materiais mais resistentes à abrasão e aos produtos químicos, agora não há mais necessidade de limitar as técnicas dos padrões de acabamento. Portanto os padrões de acabamento agora podem ser projetados para atender às necessidades de excesso de volume vazio determinado através dos algoritmos.

Rolos de sucção com furos duplos e maiores na superfície do revestimento aumentam a área aberta efetiva assistida por vácuo e o volume vazio.  Padrões de furos cegos maiores com área aberta maior podem agora ser utilizados de forma que os furos permaneçam limpos e abertos e efetivos no nip. Ranhuras mais largas patenteadas pela Xerium EnerVent™ podem agora ser utilizadas (mesmo em materiais mais macios de revestimento) que permanecem abertas e efetivas durante toda a campanha do revestimento do rolo.  Todas essas técnicas de padrão de acabamento agora são possíveis não somente por causa dos aprimoramentos no material dos revestimentos dos rolos, mas por causa dos avanços nos feltros e na capacidade de estratificar sobre a maior abertura superficial e a capacidade de evitar que a água canalize diretamente através do feltro dentro da abertura superficial (área aberta).

Em um estudo de caso numa máquina Crescent Former antiga de nip simples, Rezolve  calculou que o residual de volume vazio era menor que o volume vazio mínimo recomendado – mesmo no início da vida útil do feltro (Figura 2). Isso é muito comum nas máquinas de Tissue porque o feltro pick-up opera molhado para ajudar a controlar o pick-up da folha e a transferência. Após a dupla perfuração do revestimento XtremeTS do rolo de sucção, o volume vazio residual aumentou para níveis suficientes.

O aumento do residual de volume vazio em uma máquina com limitação na secagem resultou em um aumento de 4,8% na velocidade da máquina para folha com gramatura de 14,3 g/m² e um aumento de 7,6% na velocidade para folha com gramatura de 24,4 g/m².

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