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Ingeniería Mecánica: Tecnología de la Prensa de Zapata

Un sistema de prensa de zapata completo, separado de la máquina de papel y como concepto de unidad, tiene una serie de necesidades, desde el punto de vista del mantenimiento mecánico. Éstas consisten principalmente en inspecciones periódicas internas, cambios de camisa flexible de forma preventiva al final de su vida útil, cambios del rodillo de apoyo, etc. Iré introduciendo poco a poco estas actuaciones a realizar sobre una prensa de zapata pero antes me gustaría, a modo de introducción, comentar en que consiste esta tecnología y cual ha sido su desarrollo a lo largo del tiempo.

La prensa de zapata es una teología introducida en la fabricación del papel que mejora, en la sección de prensas, la extracción de agua sobre la hoja de papel y reduce las necesidades del secado por evaporación. Desde su introducción por primera vez en 1980 esta tecnología ha mejorado la eficiencia energética de la industria del papel y fue una de las mayores innovaciones en la fabricación del papel a lo largo del siglo XX.

La prensa de zapata mejora la capacidad de extracción de agua de una sección de prensas convencional gracias a la extensión del tiempo que la hoja de papel permanece en el nip. Este tiempo es también llamado tiempo de permanencia en nip. La cantidad de agua extraída en la sección de prensas es proporcional a la magnitud y duración de la presión aplicada a la hoja de papel. Al producto de la presión por el tiempo de permanencia se le llama impulso de presión.

Con el uso convencional de rodillos de prensa, tanto la presión aplicada como el tiempo de permanencia en nip están limitados. La presión no puede incrementarse sin límite porque la hoja de papel puede dañarse, especialmente en máquinas veloces, y la presión específica que aguantan los materiales usados para los recubrimientos de estos rodillos tienen igualmente su límite. Por su parte, el tiempo de permanencia en nip decrece con el aumento de velocidad de las máquinas que, cada vez, son más rápidas. Por ello, el reducido impulso de presión de los rodillos de prensa convencionales fue superado por la tecnología de la prensa de zapata.

Impulso de presión (área bajo la curva)

El nip de este tipo de prensas consiste en una zapata estacionaria y cóncava que es cargada contra un rodillo prensa que ejerce la misma carga en sentido contrario. Los fieltros usados en esta sección son necesarios para el debido transporte del agua extraída. Por su parte, la camisa flexible la encontramos entre la zapata y el fieltro en contacto con la hoja de papel. El aceite es el medio usado en el sistema como transmisor de la carga y como agente lubricante entre la zapata y la camisa flexible.

Diseño de zapata de Voith

La mayor ventaja del uso de una prensa de zapata es la alta sequedad conseguida a la salida de la sección de prensas (entre el 5 y el 10%) proporcionando una mejor maquinabilidad y por ello, un aumento de la producción. Una segunda ventaja es la reducción en la demanda de vapor en la sección de sequería que mejora la eficiencia energética. Por último, la tercera ventaja es la mejora de las características físicas del papel producido.

Desarrollo

En 1967 el fabricante de máquinas de papel americano Beloit comenzó una serie de investigaciones sobre lo que llamaba nip de prensa extendido (ENP extended nip press) que le llevaría al desarrollo de su prensa de zapata. Desarrollaron un modelo matemático de simulación del sistema de prensas que sirvió, en el verano de 1968, para ver claramente que la extracción óptima de agua en la sección de prensas dependía de la presión aplicada y del tiempo de permanencia en el nip. Comenzaron a estudiar diversas formas para materializar el nip de prensa extendido y aumentar el impulso de presión con la idea de mejorar la producción en maquinas existentes de cartoncillo y disminuir la longitud de la sección de secado en nuevas máquinas.

Estudios sobre diversas alternativas

El llamado sistema de banda cargada alrededor de rodillos fue entonces desarrollado. Consistía en una cinta o banda que rodeaba a tres rodillos y que, con ángulo variable, conseguía obtener diferentes longitudes del nip. La recolección de datos empíricos sobre este sistema a principios de 1970 demostró el incremento de la sequedad buscado.

Diseño nuevo sometido a pruebas

Beloit presentó estos trabajos de investigación a la industria papelera en octubre de 1970. Diferentes tipos de prensas de zapata fueron identificados y un gran número de patentes solicitados. En estos momentos, todavía no tenían muy claro que tipo de prensa desarrollarían. Tras una serie de pruebas en las que se vio la baja viabilidad del sistema de cinta cargada se desarrolló otro nuevo formado por una banda, dos zapatas estacionarias y dos fieltros.

Nuevo sistema abierto con dos zapatas

Fue instalada a modo de pruebas en una máquina pero quedó claro que Beloit no tenía un diseño lo suficientemente desarrollado para comercializarlo. Fue en 1979 cuando tras una serie de mejoras se instaló en una máquina del fabricante de papel americano Weyerhaeuser que tenia gran interés en el sistema ENP desde sus primeros escarceos con él en 1973. Las extensas pruebas realizadas a modo de ensayo en esta máquina demostraron un excelente resultado del sistema ideado, llamado ENP-O. Se trataba de una prensa de zapata con camisa abierta. Esta banda o camisa abierta fue desarrollada paralelamente por Beloit Manhattan y por Albany, empresa americana fabricante de telas y fieltros para la industria del papel y cartón. En las primeras pruebas, la de Beloit se delaminó pero la de Albany tuvo un excelente resultado. En 1979 les llegó el primer pedido comercial de una prensa de zapata que se arrancó en 1980.

Tras las primeras noticias sobre el éxito de Beloit hubo otros fabricantes de máquinas de papel y cartón que aceleraron sus investigaciones sobre el tema, materializándolas en sus propias prensas de zapata. Así Voith (Alemania), instaló y puso en marcha su propia prensa de zapata Flexonip en 1984 cuya principal mejora consistía en que el sistema era cerrado, es decir, la camisa tenia tapas en ambos extremos. Desarrollaron conjuntamente con Oberdorfer, fabricante de telas y “primos” de Voith en Heidenheim la camisa cerrada en los extremos.

Por su parte Sulzer Escher Wyss (Alemania) conjuntamente con el fabricante de telas japonés Yamauchi desarrollaron el sistema cerrado Intensa-S cuya primera instalación se arrancó en 1986. Su sistema de carga hidráulico presentaba excelentes mejoras.

Valmet instaló su primer sistema cerrado, llamado Symbelt en 1990 suministrando en el mercado igualmente sus propias camisas flexibles.

Las actividades en investigación y desarrollo de Beloit cesaron de golpe cuando, en el verano de 1999, la empresa madre en Estados Unidos cerró por bancarrota.

Grafico temporal I+D fabricantes de maquinaria

Voith y Sulzer Escher Wyss acabaron trabajando conjuntamente y uniendo esfuerzos en lograr un sistema que reuniera lo mejor de los dos, desarrollando el sistema de prensa de zapata cerrado NipcoFlex que combina el excelente diseño de Voith desarrollado en su zapata con el sistema de carga hidráulico de Sulzer.

Desarrollo prensa de zapata VOITH

En una entrada posterior me gustaría explicar cómo trabaja una prensa de zapata y que elementos posee. De momento es todo. Por favor, dejad vuestros comentarios o dudas al respecto. Gracias.

Un saludo

mecantech@gmail.com
Categorías:General
  1. 06/02/2012 a las 16:50

    Muy bueno y concreto el contenido de la página.

    • 06/02/2012 a las 17:13

      Hola Humberto, me alegro que os parezca de utilidad. Saludos.

  2. Juan Diego Vílchez
    30/12/2013 a las 20:37

    Hola, decirte que tienes una página muy buena para los que trabajamos de mantenimiento en una fabrica de papel y muy útil. Me parece muy buena la información que ofreces sobre los trabajos realizados porque así podemos comparar la forma de trabajar ,que casi siempre es muy parecida. Saludos.

    • 31/12/2013 a las 09:08

      Gracias Juan, la utilidad de esta información es el fin último, o por lo menos esa es la intención. Un saludo.

  1. 13/10/2011 a las 06:30

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