ES2210841T3 - Prensa neumatica para el escurrido de elementos laminares humedos. - Google Patents
Prensa neumatica para el escurrido de elementos laminares humedos.Info
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Abstract
Dispositivo para el escurrido de un elemento laminar húmedo (24) que se desplaza en la dirección de la máquina, que comprende: una estructura de armazón (210) y una prensa neumática (200) que comprende una cámara de aire (202) y un dispositivo de recogida, caracterizado porque el dispositivo comprende además: telas de soporte (206, 208) adaptadas para abrazar en sandwich el elemento laminar húmedo (24) entre las mismas; quedando situado el dispositivo de recogida (204) en el lado opuesto del elemento laminar húmedo (24) y telas de soporte (206, 208) a la cámara de aire (202), estando dicha cámara de aire (202) y el dispositivo de recogida (204) asociados operativamente entre sí y adaptados para establecer un flujo de fluido a presión a través del elemento laminar húmedo (24), comprendiendo la cámara de aire (202): componentes estacionarios (220) montados sobre la estructura de armazón (210) y definiendo una superficie de carga (230, 248) en general paralela al plano que contiene el elementolaminar húmedo (24); un conjunto de estanqueización (260) adaptado para su desplazamiento con respecto a los componentes estacionarios (220) entre la posición operativa en la que el conjunto de estanqueidad (260) forma estanqueidad integral con el elemento laminar húmedo (24) y una posición retraída, definiendo el conjunto de estanqueización (260) una superficie de control (276, 278) paralela en general al plano que contiene el elemento laminar húmedo (24) y adaptada para establecer contacto con la superficie de carga (230, 248); y medios para desplazar el conjunto de estanqueización (260) de forma general perpendicular al plano que contiene el elemento laminar húmedo (24), de manera que el contacto entre la superficie de control (276, 278) y la superficie de carga (230, 248) interrumpe el movimiento del conjunto de estanqueización (260) hacia el elemento laminar húmedo (24) cuando el conjunto de estanqueización (260) alcanza la posición operativa.
Description
Prensa neumática para el escurrido de elementos
laminares húmedos.
Existen muchas características de los productos
celulósicos suaves o "toallitas de papel" tales como toallitas
para cuarto de baño y toallitas faciales, que se deben tener en
cuenta en la fabricación de un producto que tenga características
deseables y que lo hagan adecuado y objeto de preferencia para los
objetivos que se desean en el mismo. La mejora de la suavidad del
producto ha sido uno de los objetivos principales desde hace largo
tiempo y éste ha sido un factor especialmente significativo para el
éxito de los productos de calidad. En general, los componentes
principales para conseguir dicha suavidad comprenden la rigidez y
volumen (densidad), de manera que una menor rigidez y un volumen más
elevado (menor densidad) mejoran de manera general la suavidad que
se percibe en el uso.
Si bien una mayor suavidad es un deseo general en
todo tipo de productos celulósicos de este tipo, ha resultado
especialmente difícil conseguir mejoras de suavidad en elementos
laminares u hojas no onduladas o crepadas secadas de forma pasante.
El secado de forma pasante proporciona un método relativamente sin
compresión para la eliminación del agua de un elemento laminar
haciendo pasar aire caliente a través de dicho elemento laminar
hasta que está seco. De manera más específica, un elemento laminar
húmedo es transferido desde la tela de formación a una tela para el
secado pasante, altamente permeable, de tipo grosero, quedando
retenido sobre dicha tela de secado pasante hasta que se ha secado.
El elemento laminar seco resultante es más suave y más voluminoso
que una hoja secada convencionalmente, no ondulada, porque se forman
menos puntos de unión y porque el elemento laminar se comprime en
menor medida. Por lo tanto hay ventajas en la eliminación del
secador de tipo Yankee y en conseguir un producto secado de modo
pasante, sin ondular. No obstante, las hojas de papel secadas de
forma pasante, sin ondular, son de manera típica groseras y bastas
al tacto en comparación con las versiones onduladas o crepadas. Esto
es debido parcialmente a la rigidez y resistencia inherentemente
elevadas de una hoja sin ondulación, pero también es debido en parte
al carácter grosero de la tela de secado pasante sobre la cual se
conforma y seca el elemento laminar húmedo.
Por lo tanto, lo que es necesario en esta técnica
es un método para fabricación de productos suaves celulósicos que
tienen una suavidad mejorada, y en particular productos celulósicos
suaves no ondulados, secados de forma pasante, que tienen suavidad
mejorada y también un aparato que permite la fabricación de dichos
productos celulósicos suaves.
La Patente Nº
FR-A-679469 da a conocer un
dispositivo para la eliminación de agua de un elemento laminar
húmedo que se desplaza en la dirección de la máquina, comprendiendo
una estructura de armazón y una prensa neumática que comprende una
cámara de aire y un dispositivo de recogida.
La Patente Nº EP0907797 constituye técnica
anterior según el artículo 54(3)EPC y da a conocer un
aparato para la fabricación de un tejido celulósico suave, que
comporta una etapa de escurrido de un elemento laminar húmedo.
Se ha descubierto ahora que se puede fabricar un
elemento laminar secado de forma pasante, sin ondulaciones,
mejorado, al eliminar el agua del elemento laminar hasta una
consistencia superior aproximadamente al 30 por ciento antes de
transferir el elemento laminar húmedo desde una tela de conformación
a una o varias telas de transferencia intermedias con velocidad más
reducida antes de transferir el elemento laminar a una tela de
secado pasante para el secado final del elemento laminar. En
particular, el incremento de la consistencia del elemento laminar
secado de forma pasante, sin ondular, antes del punto de
transferencia por velocidad diferencial se ha observado de manera
sorprendente que tiene como resultados: (1) características de
tracción más elevadas tanto en la dirección de la máquina como en
dirección transversal, contribuyendo a mejores características de
paso del elemento laminar por la máquina; y (2) un módulo reducido,
es decir, mayor suavidad cuando se ajusta la resistencia a la
tracción al valor normal. Este descubrimiento permite la fabricación
de productos celulósicos suaves con módulo más bajo para
resistencias a la tracción determinadas, en comparación incluso con
productos celulósicos producidos mediante transferencia por
diferencial de velocidad a una consistencia más baja.
La presente invención da a conocer una prensa
neumática para escurrir sin compresión un elemento laminar húmedo,
según la reivindicación 1. La prensa neumática es un aparato
especialmente deseable para eliminar el agua del elemento laminar
secado de forma pasante, sin ondular, hasta aproximadamente 30 por
ciento de consistencia o superior, antes de la transferencia a
velocidad diferencial. Si bien chorros de fluido a presión en
combinación con un dispositivo de vacío se han explicado con
anterioridad en la literatura de patentes, dichos dispositivos no se
han utilizado ampliamente en la fabricación de géneros celulósicos
suaves. Principalmente, esto parece ser debido al hecho de que no se
había descubierto anteriormente que la eliminación de agua del
elemento laminar a más de 30 por ciento aproximadamente de
consistencia de modo previo a la transferencia de velocidad
diferencial tendría como resultado las características mejoradas del
producto que se han identificado en esta invención. Además, el poco
interés en utilizar dichos equipos se cree también que es atribuible
a las dificultades de su implementación real, incluyendo la
desintegración del elemento laminar celulósico suave, fugas de
fluido a presión, desgaste de los cierres estancos y/o de la tela y
similares. La prensa neumática que se da a conocer en la presente
invención supera estas dificultades y da a conocer un aparato
práctico para la eliminación del agua de un elemento laminar húmedo
hasta conseguir niveles de consistencia que anteriormente no se
habían creído posibles a velocidades industrialmente útiles sin
eliminación de agua por vía térmica.
La prensa neumática para eliminación de agua de
un elemento laminar húmedo puede comprender: telas de soporte
adaptadas para abrazar en sándwich el elemento laminar húmedo entre
ellas y transportar dicho elemento laminar húmedo por la prensa
neumática; un primer dispositivo de eliminación de agua que
comprende un par de elementos de estanqueidad en dirección
transversal a la máquina, comprendiendo cuchillas de estanqueidad;
un segundo dispositivo de eliminación de agua que comprende un
elemento de estanqueización en dirección transversal a la máquina
formado por un material deformable, siendo el primer y segundo
dispositivos de eliminación de agua desplazables uno con respecto a
otro y adaptados para asumir una posición operativa en la que el
primer y el segundo dispositivos de eliminación de agua están
asociados operativamente entre sí y, como mínimo, una cuchilla de
estanqueidad choca sobre las telas de soporte y recibe la oposición
en el otro lado de las telas de soporte del elemento de estanqueidad
constituido por un material deformable; y en el que uno de dichos
primero y segundo dispositivos de eliminación de agua comprende una
cámara de aire conectada operativamente a una fuente de fluido de
presión y el otro comprende un dispositivo de recogida
operativamente conectado a una fuente de vacío.
La prensa neumática para eliminación de agua de
un elemento laminar húmedo puede comprender: telas de soporte
adaptadas para abrazar en sándwich el elemento laminar húmedo entre
ambas y transportar dicho elemento laminar húmedo por la prensa
neumática; una cámara de aire dispuesta a un lado del elemento
laminar húmedo y conectado operativamente a una fuente de fluido a
presión, comprendiendo la cámara de aire un elemento de estanqueidad
adaptado para desplazarse entre una posición operativa y una
posición retraída, comprendiendo el conjunto de estanqueidad un par
de elementos de estanqueidad en la dirección de la máquina y un par
de elementos de estanqueidad en dirección transversal a la máquina
que constituyen un cierre estanco integral con el elemento laminar
húmedo cuando el conjunto de estanqueidad se encuentra en posición
operativa; un dispositivo de recogida colocado en el lado opuesto
del elemento laminar húmedo y asociado operativamente con la cámara
de aire, definiendo el dispositivo de recogida un par de ranuras de
cierre estanco que se extienden según la anchura del elemento
laminar húmedo y que definen asimismo un paso central dispuesto
entre las ranuras de estanqueidad y adaptado para recibir fluido a
presión desde la cámara de aire y agua desde el elemento laminar
húmedo, comprendiendo el dispositivo de recogida elementos de
estanqueidad deformables dispuestos dentro de ranuras de
estanqueidad; medios para desplazar los elementos de estanqueidad en
la dirección de la máquina a establecer e interrumpir la posición de
contacto con una de las telas de soporte, los elementos de
estanqueización en la dirección de la máquina dispuestos en
oposición y que forman estanqueidad contra los elementos de
estanqueidad deformables cuando el conjunto de estanqueidad se
encuentra en posición operativa; y medios para desplazar los
elementos de estanqueidad en dirección transversal con respecto a la
máquina en posición de contacto o de interrupción del mismo con una
de las telas de soporte.
La prensa neumática es capaz de eliminar el agua
del elemento laminar húmedo hasta consistencias muy elevadas debido
en gran parte al elevado diferencial de presión establecido a través
del elemento laminar y el flujo de aire resultante a través del
mismo. En realizaciones específicas, por ejemplo, la prensa
neumática puede incrementar la consistencia del elemento laminar
húmedo en 3 por ciento aproximadamente o más, en particular,
aproximadante 5 por ciento o más, tal como de 5 a 20 por ciento
aproximadamente, más particularmente, 7 por ciento aproximadamente o
más, y más particularmente, de 7 por ciento o más aproximadamente,
tal como desde 7 a 20 por ciento. Por lo tanto, la consistencia del
elemento laminar húmedo al salir de la prensa neumática puede ser
aproximadamente de 25 por ciento o superior, aproximadamente 26 por
ciento o superior, aproximadamente 27 por ciento o superior,
aproximadamente 28 por ciento o superior, aproximadamente 29 por
ciento o superior, y de manera deseable 30 por ciento
aproximadamente o superior, particularmente de 31 por ciento
aproximadamente o superior, más particularmente 32 por ciento
aproximadamente o superior, tal como de 32 a 42 por ciento
aproximadamente, más particularmente de 33 por ciento
aproximadamente o superior, incluso más particularmente de 34 por
ciento aproximadamente o superior, tal como de 34 a 42 por ciento
aproximadamente y todavía más especialmente de 35 por ciento o
superior.
La prensa neumática es capaz de conseguir estos
niveles de consistencia mientras la máquina funciona a velocidades
útiles industrialmente. Tal como se utiliza en esta descripción, los
términos "funcionamiento a alta velocidad" o "velocidad
industrialmente útil" para una máquina para la fabricación de
género celulósico suave se refiere a una velocidad de la máquina
como mínimo de cualquiera de los valores o gamas de valores
siguientes expresados en pies por minuto (metros por segundo): 1.000
(5,1); 1.500 (7,6); 2.000 (10); 2.500 (13); 3.000 (15); 3.500 (18);
4.000 (20); 4.500 (23); 5.000 (25); 5.500 (28); 6.000 (30); 6.500
(33); 7.000 (36); 8.000 (41); 9.000 (46); 10.000 (51), y una gama
que tiene un límite superior y un límite inferior de cualquiera de
estos valores indicados. Se pueden utilizar opcionalmente
pulverizaciones de vapor ("duchas de vapor") o similares antes
de la prensa neumática, para incrementar la consistencia posterior a
la prensa neumática y/o para modificar el perfil de humedad en
dirección transversal a la máquina del elemento laminar. Además, se
pueden conseguir consistencias más elevadas cuando las velocidades
de la máquina son relativamente bajas y el período de reposo en la
prensa neumática es elevado.
El diferencial de presión en el elemento laminar
húmedo producido por la prensa neumática puede ser de unas 25
pulgadas de columna de mercurio (85 KPa) o superior, tal como desde
25 a 120 aproximadamente pulgadas de columna de mercurio
(85-400 KPa), especialmente unas 35 pulgadas de
columna de mercurio (120 KPa) o superior, tal como de 35 a 60
pulgadas de columna de mercurio aproximadamente
(120-200 KPa) y más particularmente de 40 a 50
pulgadas de columna de mercurio (140-170 KPa). Esto
se puede conseguir en parte por una cámara de aire de la prensa
neumática manteniendo una presión de fluido en una cara del elemento
laminar húmedo superior a un valor comprendido entre 0 y 60 libras
por pulgada cuadrada (psig) (4,2 bar), en particular superior a
0-30 psig
\hbox{(2,1 bar),} más
particularmente 5 psig (0,35 bar) o superior, tal como de 5 a 30
psig (0,35-2,1 bar), y más particularmente todavía,
desde 5 a 20 psig aproximadamente (1,4 bar). El dispositivo de
recogida de la prensa neumática funciona de manera deseable como
caja de vacío que funciona de 0 a unas 29 pulgadas de columna de
mercurio de vacío (100 KPa), en particular de 0 a 25 aproximadamente
pulgadas de columna de mercurio de vacío (85 KPa), en particular
superior a 0-25 pulgadas de columna de mercurio
aproximadamente de vacío (85 KPa), y más particularmente, de 10 a 20
aproximadamente pulgadas de columna de mercurio
(34-68 KPa) de vacío, tal como aproximadamente 15
pulgadas de columna de mercurio de vacío (51 KPa). Ambos niveles de
presión dentro de la cámara de aire y el dispositivo de recogida son
controlados de manera deseable y controlados a valores
predeterminados.
El dispositivo de recogida forma de manera
deseable pero no necesariamente un dispositivo de estanqueidad
integral con la cámara de aire y forma vacío para facilitar su
función como dispositivo de recogida de aire y líquido. Los términos
"dispositivo de estanqueidad integral" y "con estanqueidad
integral" se utilizan en esta descripción para hacer referencia a
la relación entre la cámara de aire y el elemento laminar húmedo en
el caso en el que la cámara de aire está asociada operativamente y
en contacto indirecto con el elemento laminar, de manera que
aproximadamente el 70 por ciento o más del aire suministrado a la
cámara de aire atraviesa el elemento laminar cuando la cámara de
aire funciona con un diferencial de presión a través del elemento
laminar de unas 30 pulgadas de columna de mercurio (100 KPa) o
superior; y la relación entre la cámara de aire y el dispositivo de
recogida en el que la cámara de aire está asociada operativamente y
en contacto indirecto con el elemento laminar y el dispositivo de
recogida tal que aproximadamente el 70 por ciento o más del aire
suministrado a la cámara de aire atraviesa el elemento laminar
pasando un dispositivo de recogida cuando la cámara de aire y el
dispositivo de recogida funcionan con un diferencial de presión a
través del elemento laminar de unas 30 pulgadas de columna de
mercurio (100 KPa) o superior.
De modo significativo, el fluido a presión
utilizado en la prensa neumática queda estanqueizado con respecto al
aire ambiente para crear un flujo de aire substancial a través del
elemento laminar, que tiene como resultado una elevada capacidad de
eliminación de agua de la prensa neumática. El flujo de fluido a
presión por la prensa neumática es de manera adecuada de 5 a 500
pies cúbicos estándar aproximadamente por minuto (SCFM) por pulgada
cuadrada (3,7-370 metros cúbicos por segundo
(m^{3}/s) por metro cuadrado) de área abierta, particularmente
unos 10 SCFM por pulgada cuadrada (7 m^{3}/s por metro cuadrado)
de área abierta o superior, tal como aproximadamente de 10 a 200
SCFM por pulgada cuadrada (7-150 m^{3}/s por metro
cuadrado) de área abierta, y más particularmente unos 40 SCFM por
pulgada cuadrada (30 m^{3}/s por metro cuadrado) de área abierta o
superior, tal como de 40 a 120 SCFM aproximadamente por pulgada
cuadrada (30-90 m^{3}/s por metro cuadrado) de
área abierta. De manera deseable, 70 por ciento o más,
particularmente 80 por ciento o más, y más particularmente 90 por
ciento o más, del fluido a presión suministrado a la cámara de aire
es obligado a pasar a través del elemento laminar húmedo hacia la
caja de vacío. A los efectos de la presente invención, el término
"pie cúbico estándar por minuto" significa pies cúbicos por
minuto medidos a 14,7 libras por pulgada cuadrada (1,01 bar
absoluto) y 60 grados Fahrenheit (ºF)(16ºC).
Los términos "aire" y "fluido a
presión" se utilizan de manera intercambiable en este caso para
hacer referencia a cualquier substancia gaseosa utilizada en la
prensa neumática para eliminar el agua del elemento laminar. La
substancia gaseosa comprende de manera apropiada aire, vapor de agua
o similar. De manera deseable, el fluido a presión comprende aire a
temperatura ambiente, o aire calentado solamente por el proceso de
presión a una temperatura aproximada a 300ºF (150ºC) o menos, más
especialmente 150ºF (65ºC) o menos.
En una realización, un dispositivo para la
eliminación de agua en un elemento laminar húmedo que se desplaza en
la dirección de la máquina, comprende: una estructura en forma de
armazón; telas de soporte adaptadas para abrazar en sándwich el
elemento laminar húmedo entre las mismas; una prensa neumática que
comprende una cámara de aire y un dispositivo de recogida dispuesto
en lados opuestos del elemento laminar húmedo y de las telas de
soporte, estando la cámara de aire y el dispositivo de recogida
asociados operativamente entre sí y adaptados para establecer un
flujo de fluido a presión a través del elemento laminar en estado
húmedo, comprendiendo la cámara de aire: componentes estacionarios
montados sobre la estructura del armazón; un conjunto de cierre
estanco adaptado para desplazarse con respecto a los componentes
estacionarios entre una posición operativa y una posición retraída,
comprendiendo el conjunto de estanqueidad un par de elementos de
estanqueidad en dirección a la máquina y un par de elementos de
estanqueidad en dirección transversal a la máquina que conjuntamente
forman un cierre estanco integral con el elemento laminar húmedo
cuando el conjunto de estanqueidad se encuentra en posición
operativa; medios para desplazar los elementos de estanqueidad en
dirección transversal a la máquina de modo general perpendicular a
un plano que contiene el elemento laminar húmedo, y estableciendo e
interrumpiendo el contacto con una de las telas de soporte; medios
para desplazar los elementos de estanqueidad en la dirección de la
máquina, de forma general perpendicular al plano que contiene el
elemento laminar húmedo estableciendo e interrumpiendo el contacto
con una de las telas de soporte; y medios para desplazar los
elementos de estanqueidad en la dirección de la máquina, de manera
general paralela al plano que contiene el elemento laminar húmedo y
de forma general perpendicular a la dirección de la máquina.
De acuerdo con ello la presente invención da a
conocer un dispositivo para la eliminación de agua o escurrido del
elemento laminar húmedo que se desplaza en la dirección de la
máquina, comprendiendo: una estructura de armazón y una prensa
neumática que comprende una cámara de aire y un dispositivo de
recogida. La invención se caracteriza por telas de soporte adaptadas
para abrazar en sándwich el elemento laminar húmedo entre las
mismas; una prensa neumática que comprende una cámara de aire y un
dispositivo de recogida dispuesto en el lado opuesto del elemento
laminar húmedo y telas de soporte con respecto a la cámara de aire,
estando operativamente asociados la cámara de aire y el dispositivo
de recogida entre sí y adaptados para establecer un flujo de aire a
presión a través del elemento laminar húmedo, comprendiendo la
cámara de aire: componentes estacionarios montados sobre la
estructura del armazón y definiendo una superficie de carga, en
general paralela a un plano que contiene el elemento laminar húmedo;
un conjunto de cierre estanco adaptado para su desplazamiento con
respecto a los componentes estacionarios entre una posición
operativa, en la que el conjunto de cierre estanco forma un cierre
estanco integral con el elemento laminar húmedo y una posición
retraída, definiendo el conjunto de cierre estanco una superficie de
control que en general es paralela al plano que contiene el elemento
laminar húmedo, y que está adaptada para establecer contacto con la
superficie de carga; y medios para desplazar el conjunto de
estanqueidad de forma general perpendicular al plano que contiene el
elemento laminar húmedo, de manera que el contacto entre la
superficie de control y la superficie de carga interrumpe el
movimiento del conjunto de tierra estanco hacia el elemento laminar
húmedo cuando el conjunto de cierre estanco alcanza la posición
operativa.
En otra realización, un dispositivo para el
escurrido de un elemento laminar húmedo que se desplaza en la
dirección de la máquina, comprende: una estructura de armazón; telas
de soporte adaptadas para abrazar en sándwich el elemento laminar
húmedo entre ellas; una prensa neumática que comprende una cámara de
aire y un dispositivo de recogida dispuesto en caras opuestas del
elemento laminar húmedo y de las zonas de soporte, estando la cámara
de aire y el dispositivo de recogida asociados operativamente entre
sí y adaptados para establecer un flujo de un fluido a presión a
través de un elemento laminar húmedo, comprendiendo dicha cámara de
aire: componentes estacionarios montados sobre la estructura del
armazón; un conjunto de cierre estanco adaptado para desplazarse con
respecto a los componentes estacionarios entre una posición
operativa en la que el conjunto de cierre estanco forma un cierre
estanco integral con el elemento laminar húmedo y una posición
retraída, caras dirigidas hacia dentro del conjunto de estanqueidad
y caras dirigidas hacia dentro de los componentes estacionarios que
definen conjuntamente una cámara para el fluido a presión, siendo
las superficies dirigidas hacia dentro del conjunto de estanqueidad
que definen parcialmente la cámara perpendiculares de modo general
al plano que contiene el elemento laminar húmedo; medios para
desplazar el conjunto de estanqueidad de forma general perpendicular
al plano que contiene el elemento laminar húmedo estableciendo e
interrumpiendo el contacto con una de las telas de soporte; y medios
para aplicar una fuerza de carga al conjunto de estanqueidad para
mantener el conjunto de estanqueidad en posición operativa, siendo
la fuerza de carga independiente de la presión del fluido a
presión.
Este diseño de prensa neumática utiliza
superficies internas que son normales a la dirección de carga para
aislar por completo la fuerza de carga con respecto a la presión de
la cámara de aire. De este modo, la fuerza de carga se puede
mantener a un valor constante para conseguir una estanqueidad
apropiada a pesar de que la presión de la cámara de aire varía de
cero a la presión máxima. De acuerdo con ello, la fuerza de carga no
tiene que ser ajustada como respuesta a los cambios de presión
dentro de la prensa neumática.
Con las realizaciones de la prensa neumática que
se han dado a conocer, las metas pretendidas de hacer mínimas las
fugas y el desgaste de las telas se pueden cumplir simultáneamente.
En realizaciones específicas la presión neumática establece un
cierre estanco sobre la anchura del elemento laminar húmedo sin
tener que alinear los elementos de estanqueización en dirección
transversal de la cámara de aire con superficies duras sobre la caja
de vacío. En vez de ello, el elemento de cierre estanco en dirección
transversal de la máquina es desplazado desde las superficies duras
de la tapa de la caja de vacío, posicionándose en los pasos de
vacío. Este diseño se basa en un flujo de aire ambiente a la caja de
vacío para crear estanqueidad, en vez de tener que basarse en una
alineación y mecanización cuidadosas de superficies arqueadas
conjugadas de la cámara de aire y de la caja de vacío.
En otra realización, una prensa neumática para el
escurrido de un elemento laminar húmedo comprende una cámara de aire
con una tapa de la cámara dotada de una superficie inferior y una
caja de vacíos que comprende una tapa de dicha caja de vacío que
tiene una superficie superior dispuesta con gran proximidad a la
superficie inferior de la tapa de la cámara. La prensa neumática
comprende también medios para suministrar fluido a presión a la
cámara de aire y medios para aplicar vacío a la caja de vacío. Unos
elementos de estanqueidad de la prensa neumática están adaptados
para permanecer en contacto con la cámara de aire y la caja de vacío
para minimizar el escape de fluido a presión. Los elementos de
estanqueidad laterales están fijados a uno de dichos cámara de aire
y caja de vacío, y están dispuestos con gran proximidad a
superficies de contacto de estanqueidad lateral definidas por la
otra de dichas cámara de aire y caja de vacío. Los elementos de
estanqueidad laterales están adaptados para flexionar, estableciendo
contacto de estanqueidad con la superficie de contacto de
estanqueidad lateral cuando tiene lugar la exposición al fluido a
presión para aumentar la efectividad del cierre estanco.
Opcionalmente, la prensa neumática puede incluir
un mecanismo de control de posición que funciona manteniendo la
cámara de aire en íntima proximidad con la caja de vacío. En
particular, el mecanismo de control de posición comprende de manera
deseable una palanca montada de forma rotativa acoplada a la cámara
de aire, y un cilindro de equilibrado fijado a la palanca. El
mecanismo de control de posición está adaptado para hacer girar la
palanca para contrarrestar cambios de presión dentro de la cámara de
aire. De esta manera, la cámara de aire permanece en íntima
proximidad o en contacto con las telas que pasan entre la cámara de
aire y la caja de vacío, sin sujetar dichas telas entre éstas.
En otra realización, la prensa neumática
comprende una cámara de aire dotada de una tapa de la cámara con una
superficie inferior, y medios para suministrar fluido a presión a la
cámara de aire. La prensa neumática comprende también una caja de
vacío dotada de una tapa de la caja de vacío que tiene una
superficie superior dispuesta con gran proximidad a la superficie de
fondo de la tapa de la cámara y medios para aplicar vacío a la caja
de vacío. Un brazo montado con capacidad de pivotamiento sobre la
cámara neumática comprende una primera y segunda partes, estando
dispuesta la primera parte del brazo, como mínimo, parcialmente
dentro de la cámara de aire. Una barra de estanqueidad queda
constituida a partir de la primera parte del brazo o montada sobre
el mismo. La prensa neumática comprende también medios para hacer
pivotar el brazo como respuesta a la presión de fluido dentro de la
cámara de aire.
En esta realización, la parte de la barra de
estanqueización del brazo pivotante actúa como medio de
estanqueización extremo para impedir el escape de fluido a presión
entre la cámara de aire y la caja de vacío. La barra de
estanqueización se puede adaptar a las irregularidades de la tela o
a la desalineación de la estructura de soporte. Los elementos de
cierre estanco extremos, que se indican también como elementos de
estanqueidad en dirección transversal o CD, mejoran la retención del
fluido a presión, lo cual tiene como resultado un funcionamiento más
eficaz de la prensa neumática. La carga de los elementos de
estanqueidad extremos es controlada para mantener la barra de
estanqueidad en contacto con la tela que se desplaza por debajo, sin
provocar desgaste indebido de la tela.
La prensa neumática es útil en una serie de
configuraciones de la máquina para eliminar el agua de elementos
laminares húmedos, incluyendo papel, elementos celulósicos suaves,
papeles ondulados, cartón de recubrimiento, papel de periódicos o
similares. En particular, la prensa neumática puede ser utilizada en
una máquina para fabricar géneros celulósicos suaves para moldear el
elemento laminar húmedo sobre una tela tridimensional, incrementando
de esta manera el volumen del elemento laminar. La prensa neumática
puede ser utilizada en una serie de posiciones en la máquina,
especialmente en el caso en que el elemento laminar está abrazado en
forma de sándwich entre dos telas, y en el caso en el que el
elemento laminar es transferido a una tela tridimensional. Dado que
el diferencial de presión generado por la prensa neumática es
significativamente mayor de lo que ha sido posible utilizando cajas
de vacío, cajas de succión, cajas de soplado y similares de tipo
convencional, los elementos laminares celulósicos suaves con
volúmenes relativamente elevados pueden ser creados en una etapa de
moldeo utilizando la prensa neumática.
También se da a conocer un método para la
eliminación del agua en un elemento laminar celulósico utilizando un
fluido a presión que comprende las siguientes etapas: depositar una
suspensión acuosa de fibras de fabricación de papel sobre una tela
de formación sinfín para conformar un elemento laminar húmedo;
recoger en forma de sándwich el elemento laminar húmedo entre un par
de telas permeables al fluido; hacer pasar el elemento laminar
húmedo en forma de sándwich por una prensa neumática que comprende
una cámara de aire y un dispositivo de recogida, estando asociados
operativamente dichos cámara de aire y dispositivo de recogida, y
cerrados de forma estanca integralmente, de manera tal que
aproximadamente el 70 por ciento o más del fluido a presión
suministrado a la cámara de aire pasa a través de un elemento
laminar húmedo; suministrando el fluido a presión a la cámara de
aire para crear un diferencial de presión en el elemento laminar
húmedo de unas 25 pulgadas de columna de mercurio (85 kPa) o
superior, transportando el elemento laminar húmedo a través de la
prensa neumática a velocidades industrialmente útiles para
proporcionar un período de permanencia de unos 10 milisegundos o
menos; y secando el elemento laminar hasta estado final seco.
Se describen varias realizaciones de la prensa
neumática en relación con un proceso de fabricación de un material
celulósico suave por secado pasante. En una realización, el método
para la fabricación de un género celulósico suave comprende las
siguientes etapas: depositar una suspensión acuosa de fibras para la
fabricación de papel sobre una tela de conformación sinfín para
constituir un elemento laminar húmedo; eliminar el agua del elemento
laminar húmedo hasta una consistencia aproximada de 20 a 30 por
ciento; eliminar de forma auxiliar el agua del elemento laminar
húmedo utilizando medios de eliminación del agua sin compresión
hasta una consistencia superior aproximadamente a 30 por ciento;
transferir el elemento laminar, cuyo contenido de agua se ha
eliminado complementariamente, a una tela de transferencia que se
desplaza a una velocidad desde 10 a 80 por ciento aproximadamente
más lenta que la tela de conformación; transferir el elemento
laminar a una tela de secado pasante; y efectuar el secado pasante
del elemento laminar hasta estado final seco.
La tela o telas intermedias de transferencia se
desplazan a una velocidad menor que la tela de formación durante la
transferencia a efectos de impartir estirado al elemento laminar. Al
aumentar el diferencial de velocidad entre la tela de formación y la
tela de transferencia más lenta (en algunos casos se hace referencia
a ello como "estirado negativo" o "transferencia rápida"),
el estirado impartido al elemento laminar durante la transferencia
se incrementa también. La tela de transferencia puede ser
relativamente suave y densa en comparación con la textura grosera de
una tela de secado pasante típica. Preferentemente la tela de
transferencia es tan fina como sea posible para su funcionamiento
desde un punto de vista práctico. La sujeción del elemento laminar
se cumple por presencia de puntos salientes en la superficie de la
tela de transferencia. Además, puede ser ventajoso si una o varias
de las transferencias de elemento laminar húmedo, con o sin
presencia de tela de transferencia, se consiguen utilizando
transferencia de "intersticio fijo" ("fix gap") o de
"tangencia" ("kiss") en las que las telas convergen y
divergen simultáneamente, lo cual se describirá a continuación de
manera detallada. Estas transferencias no solamente evitan cualquier
compactado significativo del elemento laminar mientras se encuentra
en estado de formación-unión en húmedo, sino que
cuando se utilizan en combinación con transferencia con velocidad
diferencial y/o tela de transferencia suave, se ha observado que
suavizan las superficies del elemento laminar y hoja seca final.
La diferencia de velocidad entre la tela de
formación y la tela de transferencia puede ser de 10 a 80 por ciento
aproximadamente o superior, preferentemente de 10 a 35 por ciento
aproximadamente, y más preferentemente de 15 a 25 por ciento
aproximadamente, siendo la tela de transferencia la tela más lenta.
El diferencial de velocidad óptimo dependerá de una serie de
factores, incluyendo el tipo específico de producto en fabricación.
Tal como se ha mencionado anteriormente, el incremento de estirado
impartido al elemento laminar es proporcional al diferencial de
velocidad. Para una toallita de tres capas secada de forma pasante,
sin ondulación, con un peso base aproximado de 20 gramos por metro
cuadrado y por capa, por ejemplo, un diferencial de velocidad en la
fabricación de cada una de las capas de 20 a 25 por ciento
aproximadamente entre la tela de formación y una tela de
transferencia individual produce un estirado en el producto final
comprendido aproximadamente entre 15 y 20 por ciento.
El estirado se puede impartir al elemento laminar
utilizando una única transferencia con velocidad diferencial o dos o
más transferencias con velocidad diferencial del elemento laminar
húmedo antes del secado. Por lo tanto, se puede disponer de una o
varias telas de transferencia. La magnitud de estirado impartido al
elemento laminar puede ser dividido, por lo tanto, entre una, dos,
tres o más transferencias de velocidad diferencial.
La transferencia es llevada a cabo de manera
deseable de manera tal que, la acción de "sándwich" resultante
(que consiste en la tela de formación/elemento laminar/tela de
transferencia) existe durante un período de tiempo lo más corto
posible. En particular, existe solamente en el borde delantero de la
zapata de vacío o zapata de transferencia con ranura utilizada para
conseguir la transferencia. En efecto, la tela de formación y la
tela de transferencia convergen y divergen en el borde delantero de
la ranura de vacío. El objetivo consiste en minimizar la distancia a
lo largo de la cual el elemento laminar se encuentra simultáneamente
en contacto con ambos elementos laminares. Se ha descubierto que la
convergencia/divergencia simultánea es clave en la eliminación de
pliegues grandes, y por lo tanto, aumenta la suavidad del elemento
laminar celulósico resultante o de otros productos.
En la práctica, la convergencia y divergencia
simultáneas de las dos telas tendrá lugar solamente en el borde
delantero de la ranura de vacío si se mantiene un suficiente ángulo
de convergencia entre las dos telas al aproximarse éstas al borde
delantero de la ranura de vacío y si se mantiene el suficiente
ángulo de divergencia entre las dos telas en el lado descendente o
de salida de la ranura de vacío. Los ángulos mínimos de convergencia
y de divergencia son aproximadamente de 0,5 grados o más, de manera
más específica de 1 grado o más, de forma más específica de unos 2
grados o más, y de manera todavía más específica de unos 5 grados o
más. Los ángulos de convergencia y divergencia pueden ser iguales o
distintos. Ángulos mayores proporcionan un mayor margen de error
durante el funcionamiento. Una gama de valores apropiada es de 1
grado a 10 grados aproximadamente. La convergencia y divergencia
simultáneas se consiguen cuando la zapata de vacío está diseñada con
el borde posterior de la ranura de vacío suficientemente rebajada
con respecto al borde delantero para permitir que las telas diverjan
de manera inmediata al pasar sobre el borde delantero de la ranura
de vacío. Esto se comprenderá más claramente en relación con las
figuras.
En la disposición de la máquina con las telas
inicialmente dotadas de un intersticio fijo para minimizar
adicionalmente la compresión del elemento laminar durante la
transferencia, la distancia entre las telas debe ser igual o
superior al grosor o galga del elemento laminar, de manera que dicho
elemento laminar no queda significativamente comprimido cuando se
efectúa su transferencia en el borde delantero de la ranura de
vacío.
Se consigue una mayor suavidad por utilización de
la prensa neumática más arriba de la transferencia con velocidad
diferencial. Esto se utiliza preferentemente en combinación con una
sección de tela portadora con intersticio fijo después del secado.
El calandrado del elemento laminar no es necesario para obtener
niveles deseables de suavidad, pero el proceso adicional de la hoja,
tal como calandrado, embutición u ondulación, pueden ser
beneficiosos para aumentar adicionalmente las características de la
hoja.
Tal como se utiliza en esta descripción, el
término "tela de transferencia" designa una tela que es
colocada entre la sección de formación y la sección de secado del
proceso de fabricación del elemento laminar. Son telas de
transferencia adecuadas las telas de fabricación de papel que
proporcionan un elevado índice de soporte de fibras y proporcionan
una estanqueidad en vacío satisfactoria para hacer máximo el
contacto tela/elemento laminar durante la transferencia desde la
tela de formación. Esta tela puede tener una superficie
relativamente suave para impartir suavidad al elemento laminar, pero
debe tener una textura suficiente para sujetar el elemento laminar y
mantener contacto durante una transferencia rápida. Las telas más
finas pueden producir un grado más elevado de estirado del elemento
laminar, lo cual es deseable para algunas aplicaciones de
producto.
Las telas de transferencia incluyen estructuras
de capa única, capas múltiples, o compuestas permeables. Las telas
preferentes tienen, como mínimo, alguna de las características
siguientes: (1) en la cara de la tela de transferencia que se
encuentra en contacto con el elemento laminar húmedo (cara
superior), el número de hilos en la dirección de la máquina (MD) por
pulgada (malla) está comprendido entre 10 y 200
(400-8.000 hilos por metro) y el número de hilos en
dirección transversal a la máquina (CD) por pulgada (contaje) es
asimismo de 10 a 200 (400-8.000 hilos por metro). El
diámetro del hilo es típicamente menor de 0,050 pulgadas (1,3 mm);
(2) en la cara superior, la distancia entre el punto más alto del
nudillo MD y el punto más alto del nudillo CD es de aproximadamente
0,001 (0,03 mm) hasta aproximadamente 0,02 (0,5 mm) o 0,03 pulgadas
(0,8 mm). Entre estos dos niveles, pueden haber nudillos formados
por hilos MD o CD que proporcionen la topografía con una
característica tridimensional; (3) en la cara superior, la longitud
de los nudillos MD es igual o mayor que la longitud de los nudillos
CD; (4) si la tela ha sido fabricada en una construcción de capas
múltiples, es preferible que la capa inferior tenga una malla más
fina que la capa superior a efectos de controlar la profundidad de
penetración del elemento laminar y hacer máxima la retención de
fibras; y (5) la tela puede quedar realizada de manera que muestre
unos ciertos dibujos geométricos agradables que típicamente se
repiten entre cada 2 y 50 hilos de urdimbre.
Se incluyen entre las telas de transferencia
adecuadas, por ejemplo, las fabricadas por Asten Forming Fabrics,
Inc., Appleton, Wisconsin y designadas con los números 934, 937, 939
y 959. Se incluyen también entre las telas de transferencia
específicas que se puedan utilizar las telas que se dan a conocer en
la patente USA 5.429.686 de 4 de julio de 1995 de Chiu y otros. Las
telas adecuadas pueden comprender telas tejidas, telas no tejidas, o
mixtas no tejidas-tejidas. El volumen vacío de la
tela de transferencia puede ser igual o menor que la tela de la que
se transfiere el elemento laminar.
El proceso de formación y extracción pueden ser
convencionales, tal como es conocido en la industria de fabricación
de papel. Dicho proceso de formación comprende un aparato
Fourdrinier, formadores de techo (tales como un rodillo de succión
("breast roll"), formadores de intersticio (tal como formadores
de doble rejilla, formadores en media luna), o similares. Las
rejillas o telas de formación pueden ser también convencionales,
siendo preferibles las texturas más finas con mayor soporte de
fibras para producir una hoja o lámina más suave. Las cajas
principales o de cabecera utilizadas para depositar las fibras sobre
la tela de formación pueden tener capas o no.
El método que se da a conocer en la presente
invención se puede aplicar a cualquier elemento laminar celulósico
suave, que comprende elementos laminares para la fabricación de
toallitas faciales, toallitas de baño, toallas de papel, bayetas,
servilletas o similares. Estos elementos laminares de género
celulósico suave pueden ser productos de una sola capa o de varias
capas, tales como dos capas, tres capas, cuatro capas o más. Los
productos de una capa son ventajosos a causa de su coste más bajo de
fabricación, mientras que los productos de capas múltiples son
preferidos por muchos consumidores. Para productos de capas
múltiples no es necesario que todas las capas del producto sean
iguales, a condición de que, como mínimo, una capa corresponda a la
presente invención. Los elementos laminares pueden tener varias
capas o sin ellas (mixtos), y las fibras que constituyen el elemento
laminar pueden ser de cualquier tipo adecuado para la fabricación de
papel.
Los pesos base adecuados para estos elementos
laminares de género celulósico suave pueden variar de 5 a 70 gramos
aproximadamente por metro cuadrado (gramos/metro cuadrado),
preferentemente de 10 a 40 gramos metro cuadrado, y más
preferentemente de 20 a 30 gramos metro cuadrado. Para un género
celulósico suave para baño de una sola capa, un peso base de unos 25
gramos/metro cuadrado es preferible. Para un género celulósico de
dos capas es preferible un peso base por capa de unos 20 gramos
metro cuadrado. Para un género celulósico de tres capas es
preferible un peso base de unos 15 gramos metro cuadrado por capa.
En general, los elementos laminares con pesos base más elevados
requerirán un flujo de aire más bajo para mantener la misma presión
operativa en la cámara de aire. La anchura de las ranuras de la
prensa neumática se ajustan de manera deseable para adaptar el
sistema a la capacidad de aire disponible, utilizándose ranuras más
anchas para elementos laminares de peso base superior.
El proceso de secado puede ser cualquier método
de secado sin compresión que tiende a conservar el volumen o grosor
del elemento laminar húmedo incluyendo, sin limitación, secado
pasante, radiación de infrarrojos, secado por microondas o
similares. A causa de su disponibilidad comercial y carácter
práctico, el secado pasante es bien conocido y un medio preferente
para el secado sin compresión del elemento laminar. Se incluye entre
las telas adecuadas para el secado pasante, sin que ello sirva de
limitación, las siguientes: Asten 920A y 937A, y Velostar P800 y
103A. Las telas de secado pasante pueden incluir también las que se
dan a conocer en la patente USA 5.429.686 de 4 de julio de 1995, de
Chiu y otros. El elemento laminar es secado preferentemente hasta
estado final seco sin ondulación, dado que la ondulación o
"crepado" tiende a reducir la resistencia y volumen del
elemento laminar.
Si bien el comportamiento mecánico no se
comprende por completo, es evidente que la tela de transferencia y
la tela de secado pasante pueden actuar de manera separada e
independiente en las características finales del elemento laminar u
hoja. Por ejemplo, la suavidad superficial de la hoja determinada
por un panel sensorial se puede manipular en una amplia gama de
valores cambiando las telas de transferencia con la misma tela de
secado pasante. Los elementos lamiares producidos por el presente
método y aparato tienden a producir un efecto muy claro de dos caras
si no se efectúa calandrado. No obstante, los elementos laminares
sin calandrado pueden ser plegados entre sí con caras suaves/rugosas
según sea necesario para determinadas formas de producto.
Numerosas características y ventajas de la
presente invención quedarán evidentes de la siguiente descripción.
En la descripción se hará referencia los dibujos adjuntos que
muestran realizaciones preferentes de la invención. Estas
realizaciones no representan todo el alcance de la invención. Se
deberá hacer referencia por lo tanto a las reivindicaciones para
interpretar el alcance completo de la invención.
La figura 1 muestra de forma representativa un
diagrama de flujo esquemático del proceso mostrando un método y
aparato para la fabricación de elementos laminares de secado pasante
sin ondulación.
La figura 2 muestra de forma representativa una
vista superior en planta y a mayor escala de una prensa neumática
del diagrama de flujo de proceso de la figura 1.
La figura 3 muestra de forma representativa una
vista lateral de la prensa neumática mostrada en la figura 2, con
partes cortadas mostrando la prensa en sección a efectos
ilustrativos.
La figura 4 muestra de forma representativa una
sección a mayor escala según el plano 4-4 de la
figura 3.
La figura 5 muestra de forma representativa una
sección a mayor escala similar a la figura 4 pero tomada de manera
general desde el plano de la línea 5-5 de la figura
3.
La figura 6 muestra de forma representativa una
vista lateral de un sistema de cierre estanco alternativo para la
prensa neumática mostrada en las figuras 2 y 3, con partes cortadas
y mostradas en sección a efectos ilustrativos.
La figura 7 muestra de forma representativa una
vista lateral a mayor escala de una zapata de transferencia por
vacío mostrada en la figura 2.
La figura 8 muestra de forma representativa una
vista lateral a mayor escala similar a la figura 7 pero mostrando la
convergencia y divergencia simultáneas de telas en el borde
delantero de una ranura de vacío.
La figura 9 es un gráfico de características
generales de la curva de carga/alargamiento para un material
celulósico suave, mostrando la determinación de la pendiente MD.
La figura 10 muestra de forma representativa una
vista por el extremo a mayor escala de una prensa neumática
alternativa, según la presente invención, con un conjunto de
estanqueidad de la cámara de aire de la prensa neumática en posición
levantada con respecto al elemento laminar húmedo y caja de
vacío;
La figura 11 muestra de forma representativa una
vista lateral de la prensa neumática de la figura 10;
La figura 12 muestra de forma representativa una
vista en sección y mayor escala tomada de forma general desde el
plano 12-12 de la figura 10, pero con el conjunto de
estanqueidad aplicado contra la tela;
La figura 13 muestra de forma representativa una
vista en sección y en mayor escala similar a la de la figura 12 pero
tomada de manera general desde el plano de la línea de corte
13-13 de la figura 10;
La figura 14 muestra de forma representativa una
vista en perspectiva de varios componentes del conjunto de
estanqueidad de la cámara de aire dispuesto contra las telas, con
partes seccionadas y mostradas en sección a efectos
ilustrativos;
La figura 15 muestra de forma representativa una
vista en sección a mayor escala de una configuración de cierre
estanco alternativa para la prensa neumática de la figura 10;
La figura 16 muestra de forma representativa un
diagrama esquemático a mayor escala de una sección de
estanqueización de la prensa neumática de la figura 10.
La presente invención se describirá a
continuación en mayor detalle haciendo referencia a las figuras. Los
elementos similares en figuras distintas han recibido el mismo
numeral de referencia, a efectos de continuidad y simplicidad. En
todas las realizaciones mostradas, se pueden utilizar aparatos de
fabricación de papel convencionales y operativa convencional con
respecto a la caja de alimentación, telas de formación,
transferencia de elementos laminares, secado y ondulado, todos los
cuales se comprenderán fácilmente por los técnicos en fabricación de
papel. No obstante, se han mostrado diferentes componentes
convencionales con el objetivo de proporcionar el contexto en el que
se pueden utilizar las diferentes realizaciones de la presente
invención.
En la figura 1 se ha mostrado un método y aparato
para la fabricación de un género laminar celulósico suave. A efectos
de simplicidad, se han mostrado, pero no se han numerado, diferentes
rodillos tensores utilizados esquemáticamente para definir los
varios ramales de la tela. Una caja de alimentación (20) para la
fabricación de papel inyecta o deposita una suspensión acuosa de
fibras (21) para la fabricación de papel sobre una tela sinfín de
conformación (22) que se desplaza alrededor de un rodillo de
conformación (23). La tela de formación (22) permite una eliminación
parcial del agua del elemento laminar húmedo recién formado (24) a
una consistencia aproximada de 10 por
ciento.
ciento.
Después de la conformación, la tela de
conformación (22) transporta el elemento laminar húmedo (24) a una o
varias cajas de vacío o succión (28), que se pueden utilizar para
proporcionar una acción adicional de escurrido del elemento laminar
húmedo (24) mientras está soportado sobre la tela de formación (22).
En particular, una serie de cajas de vacío (28) pueden ser
utilizadas para el escurrido de un elemento laminar (24) hasta
alcanzar una consistencia comprendida aproximadamente entre 20 y 30
por ciento. El conformador Fourdrinier que se ha mostrado es
particularmente útil para la fabricación de material laminar de peso
base más elevado útil para bayetas y toallas, si bien se pueden
utilizar de manera alternativa otros dispositivos de conformación
tales como conformadores de rejillas gemelas, conformadores en media
luna o similares. Opcionalmente se puede utilizar, para incrementar
el volumen del elemento laminar, el hidropunzonado, por ejemplo, tal
como se da a conocer en la Patente U.S.A. Nº 5.137.600 de 11 de
Agosto de 1992 de Barnes y otros.
El escurrido incrementado del elemento laminar
húmedo (24) se consigue posteriormente por medios de escurrido
suplementarios y sin compresión seleccionados, por ejemplo, del
grupo que consisten en la prensa neumática que se ha descrito,
secado por infrarrojos, secado por microondas, secado por
ultrasonidos, secado pasante, escurrido por vapor de agua
sobrecalentado o saturado, escurrido fluido supercrítico y escurrido
por desplazamiento. En el aparato mostrado, los medios
suplementarios de eliminación de agua sin compresión comprenden una
prensa neumática (30), descrita a continuación de manera más
detallada. La prensa neumática (30) aumenta de manera deseable la
consistencia del elemento laminar húmedo (24) a un valor superior al
30 por ciento aproximadamente, de manera que el elemento laminar
húmedo tiene una consistencia al salir de la prensa neumática y
antes de la transferencia posterior que está comprendida desde 31 a
36 por ciento aproximadamente. La prensa neumática (30) incrementa
la consistencia del elemento laminar húmedo (24) aproximadamente en
5 por ciento o más, por ejemplo, 10 por ciento
aproximadamente.
aproximadamente.
De manera deseable, una tela de soporte (32) es
llevada a establecer contacto con el elemento laminar húmedo (24)
antes de la prensa neumática 30). El elemento laminar húmedo (24) es
dispuesto en sándwich entre la tela de soporte (32) y la tela de
formación (22), siendo transportado de este modo durante la pérdida
de presión creada por la prensa neumática (30). Las telas adecuadas
para su utilización como una tela de soporte (32), incluyen
prácticamente cualquier tela, incluyendo telas de formación tales
como las del tipo Albany International 94M.
El elemento laminar húmedo (24) es transferido a
continuación desde la tela de conformación (22) a una tela de
transferencia (36) que se desplaza a una velocidad menor que la de
la tela de formación a efectos de impartir un estirado incrementado
al elemento laminar. La transferencia es llevada a cabo
preferentemente con ayuda de una zapata de transferencia por vacío
(37) que se describe a continuación con referencia a las figuras 7 y
8. La superficie de la tela de transferencia (36) es, de manera
deseable, relativamente suave para proporcionar suavidad al elemento
laminar húmedo (24). Las aberturas de la tela de transferencia (36),
medidas por su volumen vacío o huecos, son relativamente reducidas y
pueden ser aproximadamente iguales que las de la tela de formación
(22) o incluso menores. La etapa de transferencia rápida puede ser
llevada a cabo con muchos de los métodos conocidos en la técnica,
particularmente tal como se da a conocer, por ejemplo, en la Patente
U.S.A. 5.667.636 de 16 de Septiembre de 1997 de S.A. Engel y otros;
y la Patente U.S.A. 5.607.551 de 4 de Marzo de 1997 de T.E.
Farrington, Jr. y otros.
La tela de transferencia (36) pasa sobre rodillos
(38) y (39) antes de que el elemento laminar húmedo (24) sea
transferido a una tela de secado pasante (40) que se desplaza
aproximadamente a la misma velocidad o a velocidad distinta en caso
deseado. La transferencia es realizada por una zapata de
transferencia en vacío (42), que puede ser del mismo diseño que el
utilizado en la transferencia previa. El elemento laminar (24) es
secado a estado seco final al transportar el elemento laminar sobre
el secador pasante (44).
Antes de su arrollado sobre el carrete (48) para
su posterior conversión en el producto con su forma final, el
elemento laminar seco (50) puede ser transportado por uno o varios
conjuntos tangentes con intersticio opcionalmente fijo formados
entre las telas portadoras (52) y (53). El volumen o galga del
elemento laminar (50) se puede controlar por puntos de tangencia
para la embutición de las telas entre los rodillos (54) y (55), (56)
y (57), y (58) y (59). Son telas portadoras adecuadas para este
objetivo las siguientes: Albany International 84M o 94M y Asten 959
o 937, todas las cuales son telas relativamente suaves que tienen un
dibujo fino. Los intersticios en los puntos de tangencia entre
diferentes pares de rodillos pueden estar comprendidos
aproximadamente entre 0,001 pulgadas hasta aproximadamente 0,02
pulgadas (0,025-0,51 mm). Tal como se ha mostrado,
la sección de tela portadora de la máquina está diseñada y funciona
con una serie de intersticios fijos en los puntos de tangencia que
sirven para controlar la medida o galgado del elemento laminar y
puede substituir o complementar calandrado fuera de la línea. De
manera alternativa, una calandra de rodillo ("reel calender")
puede ser utilizada para conseguir el galgado final o complementar
el calandrado fuera de línea.
La prensa neumática (30) se ha mostrado en mayor
detalle mediante la vista superior de la figura 2 y la vista lateral
de la figura 3, esta última con zonas cortadas a efectos
ilustrativos. La prensa neumática (30) comprende de manera general
una cámara de aire superior (60) en combinación con un dispositivo
de recogida inferior en forma de caja de vacío o de succión (62).
Los términos "superior" y "inferior" se utilizan para
facilitar la referencia y comprensión de los dibujos y no están
destinados a restringir el modo en el que están orientados los
componentes correspondientes. La disposición en sándwich del
elemento laminar celulósico húmedo (24) entre la tela de formación
(22) y la tela de soporte (32) pasa entre la cámara de aire (60) y
la caja de vacío (62).
La cámara de aire (60) que se ha mostrado está
adaptada para recibir un suministro de fluido a presión a través de
los conectores de aire (64) conectados operativamente a una fuente
de fluido a presión tal como un compresor o una soplante (no
mostrados). La cámara de aire (60) está dotada de una tapa (66) con
una superficie de fondo (67) que se encuentra dispuesta durante la
utilización en gran proximidad a la caja de vacío (62) y asimismo
con gran proximidad o en contacto con la tela de soporte (32)
(figura 3). La tapa (66) de la cámara está dotada de ranuras (68)
(figura 5) que se extienden perpendicularmente a la dirección de la
máquina substancialmente en toda la anchura del elemento laminar
húmedo (24), pero de manera deseable ligeramente menos que la
anchura de las telas a efectos de permitir el paso de fluido a
presión desde la cámara de aire (60) atravesando las telas y el
elemento laminar húmedo.
La caja de vacío (62) está conectada
operativamente a una fuente de vacío y montada de forma fija a una
estructura de soporte (no mostrada). La caja de vacío (62) comprende
una tapa (70) que tiene una superficie superior (72) sobre la que se
desplaza la tela de formación (22). La tapa (70) de la caja de vacío
está formada con un par de ranuras (74) (figuras 3 y 5) que
corresponden a la localización de la ranura (68) de la tapa (66) de
la cámara. El fluido a presión escurre el elemento laminar húmedo
(24) al ser obligado a pasar dicho fluido a presión desde la cámara
de aire (60) hacia el interior de la caja de vacío (62) y a través
de la misma.
La presión de fluido dentro de la cámara de aire
(60) se mantiene de forma deseable a unas 5 libras por pulgada
cuadrada (psi) (0,35 bar) o superior, y particularmente dentro de
una gama de valores de aproximadamente 5 a 30 psi
(0,35-2,07 bar), tal como aproximadamente 15 psi
(1,03 bar). La presión de fluido dentro de la cámara de aire (60) es
controlada de manera deseable y mantenida a un nivel
predeterminado.
La superficie inferior (67) de la tapa (66) de la
cámara está preferentemente curvada con suavidad para facilitar el
control del elemento laminar. La superficie (67) está curvada hacia
la caja de vacío (62), que está curvada alrededor de un eje
dispuesto sobre el lado de la caja de vacío del elemento laminar
(24). La curvatura de la superficie de fondo (67) permite un cambio
en el ángulo de la combinación de la tela de soporte (32), elemento
laminar húmedo (24) y tela de formación (22) con el resultado de una
fuerza neta hacia abajo que efectúa la estanqueidad de la caja de
vacío (62) contra la entrada de aire externo y soporte del elemento
laminar húmedo (24) durante el proceso de eliminación de agua. El
ángulo de curvatura permite la carga y descarga de la prensa
neumática (30) de la forma requerida en el tiempo oportuno,
basándose en las condiciones del proceso. El cambio de ángulo
necesario depende del diferencial de presión entre la cara de
presión y la cara de vacío y de manera deseable es de más de 5
grados, y en particular dentro de 5 a 30 grados, de forma típica
unos 7,5 grados.
Las superficies superior e inferior (72) y (67)
tienen, de manera deseable, diferentes radios de curvatura. En
particular, el radio de curvatura de la superficie inferior (67) es
de manera deseable mayor que el radio de curvatura de la superficie
superior (72) a efectos de constituir líneas de contacto entre la
cámara de aire (60) y la caja de vacío (62) en los bordes delantero
y posterior (76) de la prensa neumática (30). Con la atención
adecuada a la posición de la tela de soporte (32) y a la tela de
formación (22) dispuesta en sándwich y a los mecanismos de carga y
descarga, se pueden invertir los radios de curvatura de estas
superficies.
Los bordes delantero y posterior (76) de la
prensa neumática (30) pueden ser también dotados de medios de
estanqueización extremos (78) (figura 3) que se mantienen con gran
proximidad o en contacto con la tela de soporte (32) en todo
momento. Los dispositivos de estanqueidad extremos (78) minimizan el
escape de fluido a presión entre la cámara de aire (60) y la caja de
vacío (62) en la dirección de la máquina. Se pueden formar
dispositivos de estanqueidad extremos adecuados (78) a base de
materiales de fricción baja, tales como compuestos de plástico de
tipo elástico, materiales que se desgastan preferentemente con
respecto a las telas y similares. Los elementos de estanqueidad
extremos tienen de manera deseable bordes curvados para impedir la
caída o flecha de las telas.
Haciendo referencia adicionalmente a las figuras
4 y 5, la prensa neumática (30) está dotada de modo deseable de
elementos de estanqueidad laterales (80) para impedir la pérdida de
fluido a presión a lo largo de los bordes laterales (82) de la
prensa neumática. Los elementos de estanqueidad laterales (80)
comprenden un material semi-rígido que está adaptado
para deformarse o flexionar ligeramente una vez expuesto al fluido a
presión de la cámara de aire (60). Los elementos de estanqueidad
lateral (80) que se han mostrado, definen una ranura (84) para
acoplamiento a la tapa de la caja de vacío (70) utilizando una barra
de embridado (85) y un dispositivo de fijación (86) u otros medios
adecuados. En sección transversal, cada uno de los elementos de
estanqueidad laterales (80) tiene forma de L con un brazo (88) que
sobresale hacia arriba desde la tapa (70) de la caja de vacío hacia
adentro de la ranura de estanqueidad lateral (89) formada en la tapa
(66) de la cámara. El fluido a presión de la cámara de aire (60)
provoca que las patas (88) se doblen hacia afuera estableciendo
contacto estanco con la superficie dirigida hacia afuera de la
ranura de estanqueidad lateral (89) de la tapa (66) de la cámara,
tal como se ha mostrado en las figuras 4 y 5. De forma alternativa,
la posición de los elementos de estanqueidad laterales (80) se puede
invertir, de manera que están fijados de manera firme a la tapa (66)
de la cámara y establecen contacto con estanqueidad con las
superficies de contacto definidas por la tapa -70- de la caja de
vacío (no mostrada). En cualquiera de dichos diseños alternativos,
es deseable que el elemento de estanqueidad lateral sea obligado a
acoplarse con la superficie de contacto con estanqueidad por el
fluido a presión.
Un mecanismo (90) de control de posición mantiene
la cámara de aire (60) con gran proximidad a la caja de vacío (62) y
en contacto con la tela de soporte (32). El mecanismo (90) de
control de posición comprende un par de palancas (92) conectadas por
travesaños (93) y acopladas de manera fija a la cámara de aire (60)
por elementos de fijación adecuados (94) (figura 3). Los extremos de
las palancas (92) en oposición a la cámara de aire (60) están
montados con capacidad de rotación sobre un eje (96). El mecanismo
(90) de control de posición comprende también el cilindro de
equilibrado (98) que conecta de forma operativa un soporte
estructural fijo (99) y uno de los travesaños (93). El cilindro de
equilibrado (98) está adaptado para su extensión o retracción
provocando, por lo tanto, que las palancas (92) giren alrededor del
eje (96), lo que provoca que la cámara de aire (60) se desplace más
cerca o más lejos de la caja de vacío (62).
En su utilización, un sistema de control provoca
que el cilindro de equilibrado (98) se extienda suficientemente para
que los dispositivos de estanqueidad extremos (78) establezcan
contacto con la tela de soporte (32) y los elementos (80) de
estanqueidad lateral estén posicionados dentro de las ranuras de
estanqueidad laterales (89). La prensa de aire (30) es activada de
manera tal que el fluido a presión llena la cámara de aire (60) y
los elementos semi-rígidos (80) de estanqueidad
lateral son obligados a establecer contacto estanco con la tapa (66)
de la cámara. El fluido a presión crea también una fuerza hacia
arriba que tiende a desplazar la cámara de aire (60) en alejamiento
de la tela de soporte (32). El sistema de control dirige el
funcionamiento de cilindro equilibrado (98) para compensar esta
fuerza dirigida hacia arriba basándose en mediciones continuadas de
la presión de fluido dentro de la cámara de aire (60) por medio de
un sistema de control de presión. Los elementos de estanqueidad
extremos (78) son mantenidos, por lo tanto, con gran proximidad con
la tela de soporte (32) o en contacto con la misma en todo momento.
El sistema de control contrarresta las caídas de presión al azar o
máximos de presión en la cámara de aire (60) al disminuir o aumentar
de manera proporcionada la fuerza aplicada al cilindro de
equilibrado (98). El flujo de aire dentro de la prensa neumática
puede ser controlado igualmente. Como consecuencia, los elementos de
estanqueidad extremos (78) no sujetan las telas (32) y (22), lo que
podría conducir a un desgaste excesivo de las telas.
Un sistema de estanqueidad alternativo para la
prensa neumática (30) es el que se ha mostrado de forma
representativa en la figura 6. La cámara neumática (100) está dotada
de un brazo pivotante (102) que define o soporta una barra de
estanqueidad (104) que está adaptada para su disposición sobre la
tela de soporte (32) a través de la anchura del elemento laminar
húmedo (24), minimizando el escape del fluido a presión en la
dirección de la máquina. Si bien se ha mostrado solamente un brazo
(102) en la figura 6, se ha de comprender que se puede utilizar un
segundo brazo en el extremo opuesto de la cámara de aire (100) y que
se puede construir de manera similar. Los laterales de la cámara de
aire (100) pueden incorporar elementos de estanqueidad laterales
(80) tal como se ha descrito en relación con las figuras
2-5 o se pueden montar de manera fija sobre la caja
de vacío (62) para minimizar o eliminar las fugas laterales de
fluido a presión.
El brazo pivotante (102) comprende de manera
deseable un material rígido tal como acero, compuestos de grafito o
similares. El brazo (102) tiene una primera parte (106) dispuesta
como mínimo parcialmente dentro de la cámara de aire (100) y una
segunda parte (108) dispuesta preferentemente fuera de la cámara de
aire. El brazo (102) está montado con capacidad de pivotamiento
sobre la cámara de aire (100) mediante una charnela (110). Un
elemento de estanqueidad y de acharnelado (112) impermeable al
fluido a presión está fijado, tanto a la superficie interior de la
pared (114) de la cámara de aire (100) como a la primera parte (106)
para impedir el escape del fluido a presión. La barra de
estanqueización (104) es de manera deseable un elemento separado
montado sobre la primera parte (106) y obligado hacia la tela de
soporte (32) (no mostrada en la figura 6) por contacto del fluido a
presión sobre la primera parte. Unas barras de estanqueidad
adecuadas (104) pueden quedar constituidas mediante un material
duradero y de baja resistencia y bajo coeficiente de fricción, tal
como un material cerámico, polímeros resistentes al calor o
similares.
Una bolsa de amortiguación (120) que tiene una
cámara hinchable (122) está montada en la segunda parte (108) del
brazo (102) con soportes (124) u otros medios adecuados. La cámara
(122) está conectada operativamente a una fuente de fluido a
presión, tal como aire a presión para el hinchado de la cámara. El
brazo (102) y la bolsa (120) están dispuestos de manera que dicha
bolsa una vez hinchada (no mostrado) ejerce presión contra la
superficie externa de la pared (114) de la cámara de aire (100)
provocando que el brazo pivote alrededor de la charnela (110). De
manera alternativa, un mecanismo que utiliza cilindros a presión (no
mostrados) podría ser utilizado en substitución de la bolsa de
amortiguación como medio para provocar el pivotamiento del brazo
(102).
Un sistema de control puede funcionar para
hinchar o deshinchar la bolsa (120) proporcionalmente como respuesta
a la presión del fluido dentro de la cámara de aire (100). Por
ejemplo, al aumentar la presión dentro de la cámara de aire (100),
el sistema de control está adaptado para incrementar la presión
dentro de la bolsa (120) de amortiguación o para hinchar la misma,
de manera que la barra de estanqueidad (104) no ejerce una presión
excesiva contra la tela de soporte (32).
El diseño de la zapata de transferencia por vacío
(37) utilizada en la sección de la tela de transferencia del proceso
(figura 1) se muestra más claramente en las figuras 7 y 8. La zapata
de transferencia en vacío (37) define una ranura de vacío (130)
(figura 7) conectada a una fuente de vacío y que tenga longitud
"L" que es adecuada de 0,5 a 1 pulgada aproximadamente (12,7 -
25,4 mm). Para producir un tejido para baño, secado de forma pasante
y sin ondulación, una ranura de vacío adecuada tiene una longitud
aproximada de 1 pulgada (25,4 mm). La ranura de vacío (130) tiene un
borde delantero (132) y un borde posterior (133), que forman
respectivamente zonas receptoras de entrada y salida (134) y (135)
de la zapata de transferencia por vacío (37). El borde posterior
(133) de la ranura de vacío (130) está rebajado con respecto al
borde delantero (132), lo cual está provocado por la orientación
distinta del área receptora de salida (135) con respecto al área
receptora de entrada (134). El ángulo "A" entre los planos de
la zona receptora de entrada (134) y la zona receptora de salida
(135) pueden ser aproximadamente de 0,5 grados o más, más
específicamente de 1 grado o superior, y todavía de manera más
específica de 5 grados o superior a efectos de proporcionar
suficiente separación de la tela de formación (22) y la tela de
transferencia (36) al acercarse y alejarse entre sí.
La figura 8 muestra adicionalmente el elemento
laminar celulósico húmedo (24) que se desplaza en la dirección
mostrada por las flechas hacia la zapata de transferencia de vacío
(37). Asimismo, aproximándose a la zapata de transferencia en vacío
(37) se encuentra la tela de transferencia (36) que se desplaza a
menor velocidad. El ángulo de convergencia entre dos telas entrantes
se ha indicado "C". El ángulo de divergencia entre las dos
telas se ha designado "D". Tal como se ha indicado, las dos
telas convergen simultáneamente y divergen en el punto "P", que
corresponde al borde delantero (132) de la ranura de vacío (130). No
es necesario ni deseable que el elemento laminar se encuentre en
contacto con ambas telas en toda la longitud de la ranura de vacío
(130) para producir la transferencia desde la tela de formación (22)
a la tela de transferencia (36). Tal como es evidente de la figura
8, ni la tela de formación (22) ni la tela de transferencia (36)
deben ser flexionadas más que en una pequeña proporción para llevar
a cabo la transferencia, lo que puede reducir el desgaste de la
tela. Numéricamente, el cambio de dirección de cualquiera de las
telas puede ser menor de 5 grados.
Tal como se ha indicado anteriormente, la tela de
transferencia (36) se desplaza a una velocidad menor que la tela de
formación (22). Si se utiliza más de una tela de transferencia, el
diferencial de velocidad entre las telas puede ser igual o distinto.
Múltiples telas de transferencia pueden proporcionar flexibilidad
operativa y también una amplia variedad de combinaciones de
tela/velocidad para influir en las características del producto
final.
El nivel de vacío utilizado para las
transferencias con diferencial de velocidad puede ser de 3 a 15
pulgadas de mercurio (10-50 KPa), preferentemente 5
pulgadas de mercurio (17 KPa). La zapata de vacío (presión negativa)
puede ser suplementada o substituida por la utilización de presión
positiva procedente del lado opuesto del elemento laminar (24) para
proyectar neumáticamente el elemento laminar sobre la tela siguiente
además de proyectarla sobre la tela siguiente por vacío o por
substitución de dicha operación. Asimismo, se pueden utilizar un
rodillo o rodillos de vacío para substituir la zapata o zapatas de
vacío.
Una realización de la prensa neumática (200),
según la presente invención, para eliminar el agua del elemento
laminar húmedo (24) es la que se muestra en las figuras
10-13. La prensa neumática (200) comprende en
general una cámara superior de aire (202) en combinación con un
dispositivo de recogida inferior en forma de una caja de vacío
(204). El elemento laminar húmedo (24) se desplaza en una dirección
de la máquina (205) entre la cámara de aire y la caja de vacío
quedando abrazado en sándwich entre una tela de soporte superior
(206) y una tela de soporte inferior (208). La cámara de aire y la
caja de vacío están asociadas operativamente entre sí de manera que
el fluido a presión suministrado a la cámara de aire se desplaza por
el elemento laminar húmedo y es eliminado o evacuado con intermedio
de la caja de vacío.
Cada una de las telas continuas (206) y (208) se
desplazan sobre una serie de rodillos (no mostrados) para guiar,
impulsar y tensar la tela de manera conocida en esta técnica. El
tensado de la tela es ajustado a una magnitud predeterminada, de
manera adecuada desde 10 a 60 libras por pulgada lineal (pli)
(200-1000 kilos por metro lineal (Kg/m)),
particularmente desde 30 a 50 pli (500-900 Kg/m), y
más particularmente desde 35 a 45 pli (600-800
Kg/m). Las telas que pueden ser utilizadas para transportar el
elemento laminar húmedo (24) a través de la prensa neumática (200)
incluyen casi cualquier tipo de tela permeable a los fluidos, por
ejemplo, Albany International 94M, Appleton Mills 2164B, o
similares.
Una vista desde un extremo de la prensa neumática
(200) que abarca la anchura del elemento laminar húmedo (24) es la
que se muestra en la figura 10, y una vista lateral de la prensa
neumática en la dirección de la máquina (205) se muestra en la
figura 11. En ambas figuras, varios componentes de la cámara de aire
(202) son mostradas en posición elevada o retraída con respecto al
elemento laminar húmedo (24) y caja de vacío (204). En posición
retraída, no es posible un cierre estanco efectivo del fluido a
presión. A efectos de la presente invención, el término "posición
retraída" de la prensa neumática significa que los componentes de
la cámara neumática (202) no chocan sobre el elemento laminar húmedo
y telas de soporte.
La cámara de aire que se ha mostrado (202) y la
caja de vacío (204) están montadas dentro de un estructura de
armazón adecuado (210). La estructura de armazón ilustrada comprende
placas superior e inferior de soporte (211) separadas por una serie
de barras de soporte orientadas verticalmente (212). La cámara de
aire (202) define una cámara (214) (figura 13) adaptada para recibir
un suministro de fluido a presión a través de uno o varios conductos
de aire adecuados (215) operativamente conectados a una fuente de
fluido a presión (no mostrado). De manera correspondiente, la caja
de vacío (204) define una serie de cámaras de vacío (que se
describirán a continuación en relación con la figura 13) que están
de manera deseable conectadas operativamente a fuentes de vacío alto
y bajo (no mostradas) mediante conductos de fluido adecuados (217) y
(218), respectivamente (figuras 11, 12 y 13). El agua eliminada del
elemento laminar húmedo (24) es separada a continuación de las
corrientes de aire. Varios elementos de fijación para el montaje de
los componentes de la prensa neumática se han mostrado en las
figuras pero no se han numerado.
Se muestran en las figuras 12 y 13 vistas en
sección a mayor escala de la prensa neumática (200). En estas
figuras la prensa neumática se ha mostrado en posición operativa en
la que los componentes de la cámara de aire (202) se encuentran en
posición baja a tope con el elemento laminar húmedo (24) y las telas
de soporte (206) y (208). El grado de contacto que se ha observado
que tiene como resultado una estanqueización adecuada del fluido de
presión con una fuerza de contacto mínima y por lo tanto poco
desgaste de la tela se describe más adelante de forma detallada.
La cámara de aire (202) comprende ambos
componentes estacionarios (220) que están montados de manera fija en
la estructura de armazón (210) y un conjunto de estanqueidad (206)
que está montado con capacidad de desplazamiento con respecto a la
estructura del armazón y del elemento laminar húmedo. De manera
alternativa, el conjunto de la cámara de aire podría estar montado
con capacidad de desplazamiento con respecto a una estructura de
armazón.
Con particular referencia a la figura 13, los
componentes estacionarios (220) de la cámara de aire comprenden un
par de conjuntos de soporte superiores (222) separados entre sí y
dispuestos por debajo de la placa superior de soporte (211). Los
conjuntos de soporte superiores definen superficies encaradas (224)
que están dirigidas una hacia la otra y que definen parcialmente
entre ellas la cámara de aire (214). Los conjuntos de soporte
superiores definen también superficies inferiores (226) que están
dirigidas hacia la caja de vacío (204). En la realización mostrada,
cada una de las superficies de fondo (226) define un rebaje alargado
(228) en el que un tubo de carga neumático superior (230) está
montado de forma fija. Los tubos de carga superiores neumáticos
(230) están adecuadamente centrados en la dirección transversal de
la máquina y, de manera deseable, se extienden a toda la anchura del
elemento laminar húmedo.
Los componentes estacionarios (220) de la cámara
de aire (202) comprenden también un par de conjuntos de soporte
inferiores (240) que están separados uno de otro y separados
verticalmente con respecto a los conjuntos de soporte superiores
(222). Los conjuntos de soporte inferiores definen superficies
superiores (242) y superficies encaradas (244). Las superficies
superiores (242) están dirigidas hacia las superficies de fondo
(226) de los conjuntos de soporte superiores (222) y, tal como se ha
mostrado, definen rebajes alargados (246) en los que están montados
de manera fija los tubos de carga neumáticos inferiores (248).
Dichos tubos de carga neumáticos inferiores (248) están centrados de
manera adecuada en la dirección transversal de la máquina y se
extienden de manera adecuada a 50-100 por ciento de
la anchura del elemento laminar húmedo. En la realización mostrada,
las placas de soporte lateral (250) están acopladas de manera fija a
las superficies opuestas (244) de los conjuntos de soporte
inferiores y funcionan de manera que estabilizan el movimiento
vertical del conjunto de estanqueidad (260).
Haciendo referencia adicionalmente a la figura
14, el conjunto de estanqueización (260) comprende un par de
elementos de estanqueidad en la dirección transversal a la máquina a
los que se hace referencia como elementos de estanqueidad CD (262)
(figuras 12-14) que están separados entre sí, una
serie de soportes (263) (figura 14) que conectan los elementos de
cierre estanco CD, y un par de elementos de estanqueización en la
dirección de la máquina a los que se hace referencia como elementos
de estanqueización MD (264) (figuras 12 y 14). Los elementos de
estanqueización CD (262) son desplazables verticalmente con respecto
a los componentes estacionarios (220). Los soportes (263) que son
opcionales pero convenientes, están acoplados de manera fija a los
elementos de estanqueización CD para proporcionar un soporte
estructural y desplazarse, por lo tanto, verticalmente a lo largo de
los elementos de estanqueidad CD. En la dirección de la máquina
(205), los elementos de estanqueización MD (264) están dispuestos
entre los conjuntos de soporte superiores (222) y entre los
elementos de estanqueización CD (262). Tal como se describe más
adelante de manera más detallada, partes de los elementos de
estanqueización MD son desplazables verticalmente con respecto a los
componentes estacionarios (220). En la dirección transversal a la
máquina, los elementos de estanqueización MD están dispuestos cerca
de los bordes del elemento laminar húmedo (24). En una realización
específica, los elementos de estanqueización MD son desplazables en
la dirección transversal de la máquina a efectos de adaptarse a una
serie de posibles anchuras de elementos laminares húmedos.
Los elementos de estanqueización CD (262) que se
han mostrado comprenden una sección de pared principal (266), una
pestaña transversal (268) que sobresale hacia afuera desde una parte
superior (270) de la sección de pared, y una cuchilla de
estanqueización (272) montada en una parte de fondo en oposición
(274) de la sección de pared (figura 13). La pestaña saliente hacia
afuera (268) forma, por lo tanto, superficies de control en
oposición superior e inferior (276) y (278) que son sustancialmente
perpendiculares a la dirección de desplazamiento del conjunto de
estanqueización. La sección de pared (266) y la pestaña (268) pueden
comprender componentes separados o un componente único, tal como se
ha mostrado.
Tal como se ha indicado anteriormente, los
componentes del conjunto de estanqueización (260) son móviles
verticalmente entre la posición retraída mostrada en las figuras 10
y 11 y la posición operativa mostrada en las figuras 12 y 13. En
particular, las secciones de pared (266) de los elementos de cierre
estanco CD (262) están dispuestas hacia adentro de las placas de
control de posición (250) y son deslizantes con respecto a las
mismas. La magnitud de movimiento vertical se determina por la
capacidad de las pestañas transversales (268) en desplazarse entre
las superficies de fondo (226) de los conjuntos de soporte
superiores (222) y las superficies superiores (242) de los conjuntos
de soporte inferiores (240).
La posición vertical de las pestañas
transversales (268) y, por lo tanto, los elementos de
estanqueización CD (262) está controlada por la activación de los
tubos de carga neumáticos (230) y (248). Los tubos de carga están
conectados operativamente a una fuente de aire a presión y a un
sistema de control (no mostrado) para la prensa neumática. La
activación de los tubos de carga superiores (230) crea una fuerza
dirigida hacia abajo sobre las superficies de control superiores
(276) de los elementos de estanqueización CD (262), teniendo como
resultado un movimiento descendente de las pestañas (268) hasta que
establecen contacto con las superficies superiores (242) de los
conjuntos de soporte inferiores (240) o quedan en posición de paro
por la fuerza ascendente provocada por los tubos de carga inferiores
(248) o la tensión de la tela. La retracción de los elementos de
estanqueización CD (262) se consigue por activación de los tubos de
carga inferiores (248) y la desactivación de los tubos de carga
superiores. En este caso, los tubos de carga inferiores presionan
hacia arriba sobre las superficies de control inferiores (278) y
provocan que las pestañas (268) se desplacen hacia las superficies
de fondo de los conjuntos de soporte superiores (222). Desde luego,
los tubos de carga superior e inferior pueden funcionar a presiones
diferenciales para establecer el movimiento de los elementos de
estanqueización CD. Los medios alternativos para el control del
movimiento vertical de los elementos de cierre estanco CD pueden
comprender otras formas y conexiones de cilindros neumáticos,
cilindros hidráulicos, husillos roscados, elevadores hidráulicos
("jacks"), enlaces mecánicos u otros medios adecuados. Se
pueden conseguir tubos de carga adecuados de la firma Seal Master
Corporation de Kent, Ohio.
Tal como se ha mostrado en la figura 13, un par
de placas puente (279) abarcan el intersticio existente entre los
conjuntos de soporte superiores (222) y los elementos de
estanqueidad CD (262) para impedir el escape de fluido a presión.
Las placas puente definen, por lo tanto, una parte de la cámara de
aire (214). Las placas puente pueden ser acopladas de manera fija a
las superficies frontales (224) de los conjuntos de soporte
superiores y siendo deslizantes con respecto a las superficies
internas de los elementos de cierre estanco CD o viceversa. Las
placas puente pueden quedar constituidas a base de un material
impermeable a los fluidos, semi-rígido, con bajo
coeficiente de fricción, tal como LEXAN, chapa metálica o
similar.
Las cuchillas de estanqueización (272) funcionan
junto con otras características de la prensa neumática para
minimizar el escape de fluido a presión entre la cámara de aire
(202) y el elemento laminar húmedo (24) en la dirección de la
máquina. De modo adicional, las cuchillas de estanqueización están
conformadas de manera deseable y formadas de manera tal que se
reduce la cantidad de desgaste de la tela. En realizaciones
específicas, las cuchillas de estanqueización están formadas a base
de compuestos plásticos elásticos, cerámica, sustratos de metal
dotados de recubrimiento, o similares.
Con particular referencia a las figuras 12 y 14,
los elementos de estanqueización MD (264) están separados entre sí y
adaptados para impedir la pérdida de fluido a presión a lo largo de
los bordes laterales de la prensa neumática. Cada una de dichas
figuras 12 y 14 muestra uno de los elementos de estanqueización MD
(264), que están dispuestos en la dirección transversal a la máquina
cerca del borde del elemento laminar húmedo (24). Tal como se ha
mostrado, cada uno de los elementos de estanqueización MD comprende
un soporte transversal (280), una tira de guía extrema (282)
conectada operativamente al elemento de soporte transversal y
accionadores (284) para desplazar la tira de guía extrema con
respecto al elemento de soporte transversal. Los elementos de
soporte transversales (280) están dispuestos normalmente cerca de
los bordes laterales del elemento laminar húmedo (24) y están
situados de manera general entre los elementos de estanqueización CD
(262). Tal como se ha mostrado, cada uno de los elementos de soporte
transversales define un canal (281) (figura 14) dirigido hacia abajo
en el que está montada la tira de guía extrema. Además, cada uno de
los elementos de soporte transversales define unas aberturas
circulares (283) en las que están montados los accionadores
(284).
Las bandas extremas de guía (282) son
desplazables verticalmente con respecto a los elementos de soporte
transversales (280) debido a los accionadores cilíndricos (284). Los
elementos de acoplamiento (285) (figura 12) conectan las bandas de
guía extremas al eje de salida de los accionadores cilíndricos. Los
elementos de acoplamiento pueden comprender una barra o barras en
forma de T invertida, de manera que las bandas de guía extremas se
pueden deslizar dentro del canal dentro del canal (281), por
ejemplo, para su sustitución.
Tal como se ha mostrado en la figura 14, tanto
los elementos de soporte transversales (280) como las bandas
extremas de guía (282) definen ranuras para recibir la banda de
estanqueidad impermeable a los fluidos (286), tal como un material
de junta tórica o similares. La banda de estanqueidad ayuda a
estanqueizar la cámara de aire (214) de la prensa neumática contra
fugas. Las ranuras en las que queda alojada la banda de estanqueidad
se ensancha de manera deseable en el intermedio entre los elementos
transversales de soporte (280) y las bandas extremas de guía (282)
para compensar el movimiento relativo entre estos componentes.
Una placa de puente (287) (figura 12) queda
posicionada entre los elementos de estanqueización MD (264) y la
placa superior de soporte (211) y montada de manera fija a la placa
superior de soporte. Las partes laterales de la cámara de aire (214)
(figura 13) están definidas por la placa puente. Medios de
estanqueización tales como material de juntas impermeables a los
fluidos quedan dispuestos de manera deseable entre la placa puente y
los elementos de estanqueización MD para permitir el movimiento
relativo entre ellos y para impedir pérdida de fluido a presión.
Los dispositivos de accionamiento (284)
proporcionan, de manera adecuada, la carga y descarga controladas de
las bandas extremas de guía (282) contra la tela superior de soporte
(206), con independencia de la posición vertical de los elementos de
estanqueización CD (262). La carga puede ser controlada exactamente
para adecuarse a la necesaria fuerza de estanqueización. Las bandas
extremas de guía se pueden retirar, cuando no se necesitan,
eliminando el desgaste extremo y de la tela. Se pueden conseguir
accionadores adecuados de la firma Bimba Corporation. De manera
alternativa, se pueden utilizar resortes (no mostrados) para retener
las bandas extremas de guía contra la tela, si bien la capacidad de
controlar la posición de las bandas de guía extremas se puede
perder.
Con referencia a la figura 12, cada una de las
bandas extremas de guía (282) tiene una superficie o borde superior
(290) dispuesto adyacente a los elementos de acoplamiento (285), una
superficie opuesta de fondo o borde (292) que durante la utilización
se encuentra en contacto con la tela (206), y superficies o bordes
laterales (294) que se encuentran en íntima proximidad con los
elementos de estanqueidad CD (262). La forma de la superficie
inferior (292) está adaptada de manera adecuada para acoplarse a la
curvatura de la caja de vacío (204). En el caso en el que los
elementos de estanqueización CD (262) establecen contacto sobre las
telas, la superficie de fondo (292) está conformada de manera
deseable para seguir la curvatura de la zona de contacto con la
tela. Por lo tanto, la superficie inferior tiene una parte central
(296) lateralmente rodeada en la dirección de la máquina por las
zonas extremas separadas entre sí (298). La forma de la parte
central (296) sigue, en general, la forma de la caja de vacío,
mientras que la forma de las partes extremas (298) sigue, en
general, la flexión de las telas provocada por los elementos de
estanqueización CD (262). Para impedir desgaste en las partes
extremas salientes (298), las tiras de guía extremas quedan
retraídas de forma deseable antes de que los elementos de
estanqueización CD (262) se encuentren en posición retraída. Las
bandas extremas de guía (282) están formadas de manera deseable en
un material impermeable a los gases que hace mínimo el desgaste de
la tela. Se comprenden entre los materiales específicos que pueden
ser adecuados para dichas tiras extremas de guía el polietileno,
nilón, o similares.
Los elementos de cierre estanco MD (264) son, de
forma deseable, desplazables en la dirección transversal de la
máquina y, por lo tanto son, de manera deseable, colocados con
capacidad de deslizamiento contra los elementos de estanqueización
CD (262). En la realización que se ha mostrado, el movimiento de los
elementos de estanqueización MD (264) en la dirección transversal a
la máquina es controlado por un eje o vástago roscado (305)
mantenido en su lugar por los soportes (306) (figura 14). El eje
roscado (305) pasa por una abertura roscada del elemento de soporte
transversal (280) y la rotación del eje provoca que el elemento de
estanqueización MD se desplace a lo largo del eje. Medios
alternativos para el desplazamiento de los elementos de
estanqueización MD (264) en la dirección transversal de la máquina
tal como dispositivos neumáticos o similares, pueden ser también
utilizados. En una realización alternativa, los elementos de
estanqueización MD están acoplados de manera fija a los elementos de
estanqueización CD, de manera que el conjunto de estanqueización es
subido y bajado como conjunto (no mostrado). En otra realización
alternativa, los elementos de soporte transversales (280) están
acoplados de manera fija a los elementos de estanqueización CD y las
bandas de guía extremas están adaptadas para desplazarse
independientemente de los elementos de estanqueización CD (no
mostrado).
La caja de vacío (204) comprende una tapa (300)
que tiene una superficie superior (302) sobre la que se desplaza la
tela de soporte inferior (208). La tapa (300) de la caja de vacío y
el conjunto de estanqueización (260) son suavemente curvados, de
forma deseable, para facilitar el control del elemento laminar, tal
como se ha descrito anteriormente en relación con otras
realizaciones. La tapa de la caja de vacío que se ha mostrado está
formada, a partir del borde delantero hasta el borde posterior en la
dirección de la máquina (205), mediante una primera zapata exterior
de estanqueización (311), una primera zona de estanqueización en
vacío (312), una primera zapata de estanqueización interior (313),
una serie de cuatro zonas de alto vacío (314), (316), (318) y (320)
que rodean tres zapatas interiores (315), (317) y (319), una segunda
zapata de estanqueización interior (321), una segunda zona de
estanqueización en vacío (322) y una segunda zapata de
estanqueización exterior (figura 13). Cada una de estas zapatas y
zonas se extiende de manera deseable en la dirección transversal de
la máquina en toda la anchura del elemento laminar. Cada una de las
zapatas tiene una superficie superior formada de manera deseable a
base de un material cerámico que discurre contra la tela de soporte
inferior (208) sin provocar desgaste significativo de la tela. Se
pueden fabricar tapas de caja de vacío y zapatas adecuadas a partir
de materiales plásticos, nilón, acero dotado de recubrimiento, y
similares, y se pueden conseguir de JWI Corporation o IBS
Corporation.
Las cuatro zonas de alto vacío (314), (316),
(318) y (320) son pasos en la tapa (300) conectados operativamente a
una o varias fuentes de vacío (no mostrado) que producen un nivel de
vacío relativamente elevado. Por ejemplo, las zonas de alto vacío
pueden funcionar con un vacío de 0 a 25 pulgadas de columna de
mercurio (85 kPa), y más particularmente de 10 a 25 pulgadas
(35-85 kPa) de columna de mercurio aproximadamente
de vacío. Como alternativa a los pasos que se han mostrado, la tapa
(300) podría definir una serie de orificios o aberturas de otra
forma (no mostradas) que están conectadas a una fuente de vacío para
conseguir un flujo de fluido a presión a través del elemento
laminar. En una realización, las zonas de alto vacío comprenden
ranuras cada una de las cuales mide 0,375 pulgadas (9,53 mm) en la
dirección de la máquina y extendiéndose a toda la anchura del
elemento laminar húmedo. El tiempo de reposo en el que cualquier
punto determinado del elemento laminar está expuesto al flujo de
fluido a presión, que en la realización mostrada es el tiempo sobre
las ranuras (314), (316), (318) y (320) es, de manera adecuada, de
unos 10 milisegundos o menos, en particular unos 7,5 milisegundos o
menos, más particularmente 5 milisegundos o menos, tal como unos 3
milisegundos o menos o incluso 1 milisegundo aproximadamente o
menos. El número y anchura de las ranuras de vacío a alta presión y
la velocidad de la máquina determinan el tiempo de reposo. El tiempo
de reposo seleccionado dependerá del tipo de fibras contenidas en el
elemento laminar húmedo y la cantidad deseada de escurrido.
La primera y segunda zonas de estanqueización en
vacío (312) y (322) se pueden utilizar para minimizar la pérdida de
fluido a presión de la prensa neumática. Las zonas de
estanqueización en vacío son pasos en la tapa (300) que pueden estar
conectados operativamente a una o varias fuentes de vacío (no
mostrado) que producen un nivel de vacío relativamente bajo en
comparación con las cuatro zonas de alto vacío. De manera
específica, la cantidad de vacío deseable para las zonas de
estanqueización en vacío es de 0 a unas 100 pulgadas de columna de
agua (25 kPa).
La prensa neumática (200) está construida de
manera deseable de manera que los elementos de estanqueización CD
(262) están dispuestos dentro de las zonas de vacío de
estanqueización (312) y (322). De manera más específica, la cuchilla
de estanqueización (272) del elemento de estanqueización CD (262)
que se encuentra en el lado delantero de la prensa neumática está
dispuesta entre la primera zapata de estanqueización exterior (311)
y la primera zapata de estanqueización interior (313), y más
particularmente se encuentra centrada entre ellas, en la dirección
de la máquina. La cuchilla de estanqueización posterior (272) del
elemento de estanqueización CD está igualmente dispuesta entre la
segunda zapata interior de estanqueización (321) y la segunda zapata
de estanqueización exterior (323) en la dirección de la máquina, y
más particularmente de forma centrada entre ellas. Como resultado,
el elemento de estanqueización (260) puede ser bajado de manera que
los elementos de estanqueización CD flexionan el curso normal de
desplazamiento del elemento laminar húmedo (24) y las telas (206) y
(208) hacia la caja de vacío, que se ha mostrado a una escala
ligeramente exagerada en la figura 13 a efectos de ilustración.
Las zonas de vacío de estanqueización (312) y
(322) funcionan minimizando las pérdidas de fluido a presión de la
prensa neumática (200) a toda la anchura del elemento laminar húmedo
(24). El vacío en las zonas de estanqueización (312) y (322) produce
la salida de fluido a presión desde la cámara de aire (202) y atrae
aire ambiente del exterior de la prensa neumática. Como
consecuencia, se establece un flujo de aire desde el exterior de la
prensa neumática hacia adentro de las zonas de estanqueización en
vacío en vez de fugas de fluido a presión en dirección opuesta.
Debido a la relativa diferencia en el vacío entre las zonas de alto
vacío y las zonas de estanqueización en vacío, no obstante, la mayor
parte del fluido a presión procedente de la cámara de aire es
llevada a las zonas de alto vacío en vez de hacerlo a las zonas de
estanqueización en vacío.
En una realización alternativa, que se ha
mostrado parcialmente en la figura 15, no se produce vacío en
ninguna de las zonas de estanqueización (312) y (322). En vez de
ello, se disponen unas bandas de estanqueización deformables (330)
en las zonas de estanqueización (312) y (322) (solamente se ha
mostrado (322)) para impedir fugas de fluido a presión en la
dirección de la máquina. En este caso, la presión de aire queda
aislada en la dirección de la máquina por las cuchillas de
estanqueización (272) que chocan sobre las telas (206) y (208) y el
elemento laminar húmedo (24) y por las telas y el elemento laminar
húmedo desplazados en íntima proximidad o en contacto con las bandas
de estanqueización deformables (330). Esta configuración, en la que
los elementos de estanqueización CD (262) chocan sobre las telas y
el elemento laminar húmedo y los elementos de estanqueización CD
están dispuestos en oposición en el otro lado de las telas y el
elemento laminar húmedo por las bandas deformables de
estanqueización (330), se ha observado que produce una
estanqueización especialmente efectiva de la cámara de aire.
Las bandas de estanqueización deformables (330)
se extienden de manera deseable a toda la anchura del elemento
laminar húmedo para estanqueizar el extremo delantero, el extremo
posterior, o ambos extremos delantero y posterior de la prensa
neumática (200). La zona de estanqueización en vacío se puede
desconectar con respecto a la fuente de vacío, cuando la banda de
estanqueización deformable se extiende a toda la anchura del
elemento laminar. En el caso en que el extremo posterior de la
prensa neumática utilice una banda de estanqueización deformable a
toda la anchura, se puede utilizar un dispositivo de vacío o una
caja de soplado más abajo de la prensa neumática para provocar que
el elemento laminar (24) permanezca con una de las telas al ser
separadas éstas.
Las bandas de estanqueización deformables (330)
comprenden de manera deseable o bien el material que se desgasta
preferentemente con respecto a la tela (208), con el significado de
que, cuando la tela y el material se utilizan, el material se
desgastará sin provocar desgaste significativo de la tela, o
comprenderá un material elástico que se deforma con el contacto de
la tela. En cualquier caso, las bandas de estanqueización
deformables son preferentemente impermeables a los gases y
comprenden de manera deseable un material con un elevado volumen de
huecos, tal como un material esponjoso de celdas cerradas o similar.
En una realización específica, las bandas de estanqueización
deformables comprenden un material esponjoso de celdas cerradas que
tiene un grosor de 0,25 pulgadas (65 mm). De manera más deseable,
las bandas de estanqueización deformables se desgastan adecuándose a
la trayectoria de las telas. Las bandas de estanqueización
deformables están acompañadas preferentemente por una placa de
soporte (332) para soporte estructural, por ejemplo, una barra de
aluminio.
En elementos en los que no se utilizan bandas de
estanqueización a toda la anchura, se requieren lateralmente, con
respecto al elemento laminar, medios de estanqueización de uno u
otro tipo. La bandas de estanqueización deformables tal como se han
descrito anteriormente, u otros medios adecuados conocidos en esta
técnica, pueden ser utilizados para bloquear el flujo de fluido a
presión a través de las telas lateralmente hacia afuera del elemento
laminar húmedo.
El grado de contacto de los elementos de
estanqueización CD en la tela de soporte superior (206),
uniformemente a través de la anchura del elemento laminar húmedo, se
ha observado que es un factor significativo en la creación de un
cierre estanco eficaz en el elemento laminar. El grado requerido de
contacto se ha observado que es una función de la tensión máxima de
las telas de soporte superior e inferior (206) y (208), el
diferencial de presión a través del elemento laminar y en este caso
entre la cámara de aire (214) y las zonas de estanqueización con
vacío (312) y (322), y el intersticio entre los elementos de
estanqueización CD (262) y la tapa (300) de la caja de vacío.
Haciendo referencia adicionalmente al diagrama
esquemático de la sección de estanqueización posterior de la prensa
neumática de la figura 16, la cantidad deseable mínima de contacto
del elemento de estanqueización CD (262) en la tela de soporte
superior (206), h(min), se ha observado que queda
representada por la siguiente ecuación:
h(min)=
\frac{T}{W}\left(cosh\left(\frac{Wd}{T}\right)-1\right);
en la que: T es la tensión de las telas medida en
libras por pulgada (Newtons por
metro)
W es el diferencial de presión a través del
elemento laminar medido en psi (kPa); y
d es el intersticio en la dirección de la máquina
medido en pulgadas (metros).
La figura 16 muestra el elemento de
estanqueización CD posterior (262) que desvía la tela superior de
soporte (206) en una magnitud representada por la flecha "h".
La tensión máxima de las telas superior e inferior de soporte (206)
y (208) está representada por la fecha "T". La tensión de la
tela se puede medir por un tensómetro de la firma Huyck Corporation
u otros métodos apropiados. El intersticio entre la cuchilla de
estanqueización (272) del elemento de estanqueización CD y la
segunda zapata de estanqueización interior (321) se midió en la
dirección de la máquina, y está representado por la flecha "d".
El intersticio "d" de significación para determinar el contacto
es el intersticio en el lado de presión diferencial mayor de la
cuchilla de estanqueización (272), es decir, hacia la cámara de aire
(214), porque el diferencial de presión en esta cara tiene el máximo
efecto sobre la posición de las telas y el elemento laminar. De modo
deseable, el intersticio entre la cuchilla de estanqueización y la
segunda zapata exterior (323) es aproximadamente el mismo o menor
que el intersticio "d".
El ajuste de la colocación vertical de los
elementos de estanqueización CD (262) al grado mínimo de contacto
tal como se ha definido anteriormente, es un factor determinante en
la efectividad de la estanqueización CD. La fuerza de carga aplicada
al conjunto de estanqueización (260) desempeña un papel menos
significativo en la determinación de la efectividad de la
estanqueidad y debe ajustarse solamente en la magnitud necesaria
para mantener el grado requerido de contacto. Desde luego, la
cantidad de desgaste de la tela tendrá influencia en la autorización
comercial de la prensa neumática (200). Para conseguir una
estanqueización eficaz sin desgaste substancial de la tela, el grado
de contacto es de manera deseable igual o solamente poco mayor que
el grado mínimo de contacto que se definió anteriormente. Para hacer
mínima la variabilidad del desgaste de la tela según la anchura de
la misma, la fuerza aplicada a la tela se mantiene de manera
deseable constante en la dirección transversal de la máquina. Esto
se puede conseguir con carga controlada y uniforme de los elementos
de estanqueización CD o mediante la posición controlada de los
elementos de estanqueización de CD y una geometría uniforme del
contacto de dichos elementos de estanqueización CD.
En su utilización el sistema de control provoca
que el conjunto de estanqueización (260) de la cámara de aire (202)
baje a la posición operativa. En primer lugar, los elementos de
estanqueización CD (262) son bajados de manera que las cuchillas de
estanqueización (272) establecen contacto sobre la tela de soporte
superior (206) en un grado que se ha descrito anteriormente. Más
particularmente, las presiones en los tubos superior e inferior de
carga (230) y (248) se ajustan para provocar el movimiento hacia
abajo de los elementos de estanqueización CD (262) hasta que el
movimiento quede interrumpido por las pestañas transversales (268)
en contacto con los conjuntos de soporte inferior de (240) o hasta
que queden equilibradas por la tensión de la tela. En segundo lugar,
las bandas de guía extremas (282) de los elementos de
estanqueización MD (264) son bajadas al establecer contacto o quedan
dispuestas con gran proximidad con respecto a la tela de soporte
superior. Como consecuencia, la cámara de aire (202) y la caja de
vacío (204) quedan estanqueizadas contra el elemento laminar húmedo
para impedir el escape del fluido a presión.
La prensa neumática es activada a continuación de
manera que el fluido a presión llena la cámara de aire (202) y se
establece un flujo de aire a través del elemento laminar. En la
realización mostrada en la figura 13, se aplica el vacío elevado y
reducido respectivamente a las zonas de alto vacío (314), (316),
(318) y (320) y a las zonas de vacío de estanqueización (312) y
(322) para facilitar el flujo de aire, estanqueización y eliminación
de agua. En la realización de la figura 15 el fluido a presión pasa
desde la cámara de aire a las zonas de alto vacío (314), (316),
(318) y (320) y las bandas de estanqueización deformables (330)
efectúan el sellado de la presión de aire en la dirección
transversal de la máquina. El diferencial de presión resultante a
través del elemento laminar húmedo y el flujo de aire resultante a
través del elemento laminar proporcionan un escurrido eficaz del
elemento laminar.
Una serie de características estructurales y
operativas de la prensa neumática contribuyen a que sea muy reducida
la cantidad de fluido a presión ya que puede escapar en combinación
con una magnitud relativamente baja de desgaste de la tela.
Inicialmente, la prensa neumática (200) utiliza los elementos de
estanqueización CD (262) que establecen contacto sobre las telas y
el elemento laminar húmedo. El grado de contacto es determinado para
hacer máxima la eficacia de la estanqueización CD. En una
realización la prensa neumática utiliza las zonas de estanqueización
en vacío (312) y (322) para crear un flujo de aire ambiente hacia
dentro de la prensa neumática según la anchura del elemento laminar
húmedo. En otra realización, unos elementos de estanqueización
deformables (330) quedan dispuestos en las zonas de estanqueización
con vacío (312) y (322) en oposición a los elementos de
estanqueización CD. En cualquier caso, los elementos de
estanqueización CD (262) quedan dispuestos de manera deseable como
mínimo parcialmente en pasos de la tapa (300) de la caja de vacío a
efectos de minimizar la necesidad de alineación precisa de las
superficies de acoplamiento entre la cámara de aire (202) y la caja
de vacío (204). Además, el conjunto de estanqueización (260) puede
ser cargado contra un componente estacionario tal como los conjuntos
de soporte inferior (240) que están conectados a la estructura de
armazón (210). Como resultado, la fuerza de carga para la prensa
neumática es independiente de la presión de fluido dentro de la
cámara de aire. El desgaste de la tela se hace también mínimo debido
a la utilización de materiales de bajo desgaste para las telas y
sistemas de lubrificación. Los sistemas de lubrificación adecuados
pueden incluir lubrificantes químicos tales como aceites de
emulsificados, disgregadores u otros productos químicos similares o
agua. Los métodos típicos de aplicación de lubrificantes incluyen
una pulverización de lubrificante diluido aplicada de manera
uniforme en dirección transversal de la máquina, una solución
atomizada hidráulica o neumáticamente, una bayeta de fieltro de una
solución más concentrada u otros métodos conocidos en aplicaciones
de sistemas de pulverización.
Las observaciones han mostrado que la capacidad
de funcionar a presiones más elevadas de la cámara de presión
depende de la capacidad de impedir las fugas. La presencia de una
fuga se puede detectar por un flujo excesivo de aire con respecto al
funcionamiento anterior o al funcionamiento esperado, ruido
operativo adicional, rociado de humedad, y en casos extremos,
defectos regulares o al azar en el elemento laminar húmedo
incluyendo orificios y líneas. Se pueden reparar las fugas por la
alineación o ajuste de los componentes de estanqueización de la
prensa neumática.
En la prensa neumática son deseables flujos de
aire uniformes en la dirección transversal de la máquina para
conseguir una eliminación uniforme del agua de un elemento laminar.
La uniformidad de flujo en la dirección transversal de la máquina se
puede mejorar con mecanismos tales como conductos roscados sobre los
lados de presión y de vacío, conformados utilizando modelado
dinámico de fluidos por ordenador. Dado que el peso base de un
elemento laminar y el contenido de humedad pueden no ser uniformes
en la dirección transversal de la máquina, puede ser deseable
utilizar medios adicionales para obtener un flujo de aire uniforme
en la dirección transversal de la máquina, tal como zonas
independientemente controladas con amortiguadores en los lados de
presión o de vacío para variar el flujo de aire basándose en las
características de la hoja, una placa deflectora para conseguir una
caída de presión significativa en el flujo antes del elemento
laminar húmedo u otros medios directos. Métodos alternativos para
controlar el escurrido CD en su uniformidad pueden incluir también
dispositivos externos tales como un chorro de vapor controlado por
zonas, por ejemplo, una máquina de chorro de vapor Devronizer de la
firma Honeywell-Measurex Systems Inc. de Dublin,
Ohio o similares.
Se facilitan los siguientes Ejemplos para
proporcionar una comprensión más detallada de los procesos que se
han descrito. Las cantidades específicas, proporciones,
composiciones y parámetros están destinados a tener carácter de
ejemplo y no limitarán de manera específica el ámbito de la
invención.
Tal como se ha indicado con referencia a los
Ejemplos, el esfuerzo de tracción MD, estirado MD, y esfuerzo de
tracción CD se obtienen de acuerdo con el método de pruebas TAPPI
494 OM-88 "propiedades de rotura a la tracción de
papel y cartón" utilizando los siguientes parámetros: velocidad
de la cruceta 10,0 pulgadas/minuto (254 mm/min); la carga de escala
completa es de 10 lb (4.540 g); la separación de las mordazas
(distancia entre las mordazas, a la cual se hace referencia en
algunos casos como longitud de galgado) es de 2,0 pulgadas (50,8 mm)
y la anchura de la muestra es de 3 pulgadas (76,2 mm). La máquina de
pruebas de tracción es una máquina Sintech, modelo
CITS-2000 de la empresa Systems Integration
Technlogy Inc., Stoughton, Massachusetts, división de MTS Systems
Corporation, Research Triangle Park, Carolina del Norte.
La rigidez de las hojas del Ejemplo se puede
representar objetivamente por la pendiente máxima de la curva
carga/alargamiento en la dirección de la máquina (MD) para el
elemento laminar celulósico (a la cual se hará referencia a
continuación como "pendiente MD") o por la rigidez en la
dirección de la máquina (que se definirá en esta descripción), que
tiene además en cuenta el grosor del elemento laminar celulósico y
el número de capas del producto. La determinación de la pendiente MD
se describirá a continuación en relación con la figura 9. La
pendiente MD es la pendiente máxima de la curva de
carga/alargamiento en la dirección de la máquina, para el elemento
laminar celulósico. Las unidades para la pendiente MD son kilos por
3 pulgadas (7,62 centímetros). La rigidez MD se calcula
multiplicando la pendiente MD por la raíz cuadrada del cociente del
grosor dividido por el número de capas. Las unidades de la rigidez
MD son (kilos por 3 pulgadas (76
milímetros))-micras^{0,5}.
La figura 9 es una curva generalizada de
carga/alargamiento para una hoja de material celulósico suave
("tissue") que muestra la determinación de la pendiente MD. Tal
como se ha mostrado, dos puntos (P1) y (P2), cuya distancia relativa
se ha exagerado a efectos ilustrativos, se han seleccionado
dispuestos a lo largo de la curva de carga/alargamiento. El
comprobador de fuerza de tracción está programado (GAP [programa de
aplicaciones generales], versión 2,5, Systems Integration Technology
Inc., Stoughton, MA; división de MTS Systems Corporation, Research
Triangle Park, NC) de manera tal que calcula una regresión lineal
para los puntos que se muestrean de (P1) a (P2). Este cálculo es
realizado repetidamente sobre la curva ajustando los puntos (P1) y
(P2) de manera normal a lo largo de la curva (que se describe a
continuación). El valor máximo de estos cálculos es la Pendiente
Máxima y, cuando se realiza en la dirección de la máquina de la
muestra, recibirá la referencia de pendiente MD.
El programa de comprobación de esfuerzo de
tracción se debe ajustar de manera tal que se consideran quinientos
puntos tales como (P1) y (P2) en un tramo de dos pulgadas y media
(63,5 mm) de alargamiento. Esto proporciona un número suficiente de
puntos para superar esencialmente cualquier alargamiento práctico de
la muestra. Con una velocidad de la cruceta de 10 pulgadas por
minuto (254 mm/min), esto se traduce en un punto cada 0,030
segundos. Este programa calcula pendientes entre estos puntos al
disponer el punto de orden 10 como punto inicial (por ejemplo (P1)),
contando treinta puntos hasta el punto de orden 40 (por ejemplo
(P2)) y llevando a cabo una regresión lineal en estos treinta
puntos. Almacena la pendiente de esta regresión en cualquier
disposición. El programa cuenta a continuación hasta diez puntos
hasta el punto 20 (que pasa a ser (P1)) y repite el procedimiento
nuevamente (contando treinta puntos hasta el que sería el punto 50
(que pasa a ser (P2)), calculando dicha pendiente y almacenándola en
el conjunto). Este proceso continúa para todo el alargamiento de la
hoja. La Pendiente Máxima es escogida entonces como el valor más
elevado de este conjunto. Las unidades de Pendiente Máxima son kilos
por tres pulgadas (76 milímetros) de anchura de la muestra. (La
deformación es, desde luego, adimensional, dado que la longitud del
alargamiento se divide por la longitud de la separación entre
garras. Este cálculo se tiene en cuenta por el programa de pruebas
de la máquina).
Ejemplos
1-4
A efectos ilustrativos, una serie de elementos
celulósicos suaves por secado pasante sin ondulación fueron
fabricados utilizando el método substancialmente mostrado en la
figura 1. De manera más específica, los ejemplos
1-4 eran todos ellos materiales celulósicos de baño
de tres capas de pliegue único en los que las capas externas
comprendían fibras de eucalipto disgregadas y dispersadas y la capa
central comprendía fibras de madera blanda kraft refinada tipo
northem. Se hizo una pulpa de fibras de eucaliptus "cenebra"
durante 15 minutos con una consistencia de 10% y se escurrió a una
consistencia de 30%. La pulpa fue alimentada a continuación a un
dispersor de eje de tipo Maule. El dispersor se hizo funcionar a una
temperatura de 160ºF (70ºC) con una entrada de potencia de 2,2 HPD/T
(1,8 kilovatios-día por tonelada). Después de la
dispersión, se añadió un agente de ablandamiento (Witco C6027) a la
pulpa en una cantidad de 7,5 kilos por tonelada métrica de fibras
secas (0,75 por ciento en peso).
Antes de la formación, las fibras de madera
blanda fueron reducidas a pulpa durante 30 minutos con un 3,2 por
ciento de consistencia, mientras que las fibras de eucaliptus
disgregadas y dispersadas fueron diluidas a 2,5% de consistencia. El
peso total de la hoja de varias capas fue dividido en 35%/30%/35%
para los Ejemplos 1, 2 y 4 y 33%/34%/33% para el Ejemplo 3 entre las
capas de fibras dispersas de eucalipto/madera blanda
refinada/eucalipto dispersado. La capa central fue refinada a
niveles requeridos para conseguir valores de resistencia objetivo,
mientras que las capas externas proporcionaron suavidad y volumen.
Para conseguir una mayor resistencia en seco y en húmedo temporal se
añadió a la capa central un agente de resistencia identificado como
Parez 631 NC.
Estos ejemplos utilizaron una caja de cabecera de
cuatro capas Beloit Concept III. Se utilizó el material kraft de
madera blanda tipo "northern" en las dos capas centrales de la
caja de cabecera para producir una capa central única para el
producto de tres capas que se ha descrito. Unos elementos postizos
generadores de turbulencia rebajados en unas tres pulgadas (75
milímetros) desde los divisores de corte y de capas fueron empleados
con una prolongación de unas seis pulgadas (150 milímetros) más allá
del corte. La abertura neta de corte era aproximadamente de 0,9
pulgadas (23 milímetros) y las entradas de agua en las cuatro capas
de la caja de cabecera eran comparables. La consistencia del
material alimentado en la caja de cabecera era aproximadamente de
0,09 por ciento en peso.
La hoja de tres capas resultante fue conformada
en un formador con rodillo formador de succión, de rejilla doble,
siendo las telas de formación Appleton Mills 2164-B.
La velocidad de la tela de formación variaba entre 11,8 y 12,3
metros por segundo. El elemento laminar recién formado fue escurrido
a una consistencia de 25-26% utilizando succión de
vacío desde la parte de abajo para formar una tela sin prensa de
aire, y 32-33% con prensa de aire antes de su
transferencia a la tela de transferencia que se desplazaba a 9,1
metros por segundo (transferencia rápida 29-35%). La
tela de transferencia era una tela Appleton Mills
2164-B. Una zapata de vacío con una aspiración de
6-15 pulgadas de columna de mercurio
(20-50 KPa) fue utilizada para transferir el
elemento laminar a la tela de transferencia.
El elemento laminar fue transferido a
continuación a una tela de secado pasante que se desplazaba a una
velocidad de unos 9,1 metros por segundo. Se utilizaron telas de
secado pasante Appleton Mills T124-4 y
T124-7. El elemento laminar fue llevado a un secador
pasante Honeycomb funcionando a una temperatura aproximada de 350ºF
(175ºC) y fue secado hasta una sequedad final con una consistencia
aproximada de 94-98%.
La secuencia de producción de las hojas del
Ejemplo era la siguiente: se fabricaron cuatro rollos de hojas del
Ejemplo 1. Los datos de consistencia indicados en la Tabla 1 se
basan en 2 mediciones, una al principio y otra al final de los 4
rollos. Los otros datos mostrados en la Tabla 1 representan un
promedio basado en 4 mediciones, una por rollo. La prensa de aire
fue conectada a continuación. Los datos justamente antes y después
de la activación de la prensa neumática se muestran en la Tabla 3
(puntos de datos individuales). Estos datos muestran que la prensa
neumática provocó incrementos significativos en los valores de la
resistencia a la tracción. El procedimiento fue modificado a
continuación para disminuir los valores de tracción a niveles
comparables a las hojas del Ejemplo 1. Después de este período de
ajuste del proceso, se fabricaron cuatro rollos de hojas del Ejemplo
2 (presente invención). Más adelante, se produjeron 4 rollos de
hojas del Ejemplo 3 (presente invención) utilizando una tela
distinta de secado pasante y con activación de la prensa neumática.
La prensa neumática fue cerrada y el proceso ajustado para recuperar
valores de resistencia a la tracción comparables a las hojas del
Ejemplo 3. En esta situación se fabricaron cuatro rollos de hojas
del Ejemplo 4. Los datos de consistencia para cada uno de los
ejemplos de la Tabla 2 son un promedio basado en 2 mediciones, una
al principio y otra al final de cada juego de 4 rollos. Los otros
datos de la Tabla 2 se basan en un promedio de 4 mediciones por hoja
de Ejemplo, una por rollo. En la Tabla 2 los datos del Ejemplo 4 se
han presentado en la columna de la izquierda y los datos del Ejemplo
3 se han presentado en la columna de la derecha para tener
continuidad con las Tablas 1 y 3, que muestran datos sin la prensa
de aire en la columna de la izquierda y datos con la prensa de aire
en la columna de la derecha.
Las Tablas 1-3 dan descripciones
más detalladas de las condiciones del proceso, así como
características del material resultante para los ejemplos
1-4. Tal como se utiliza en las Tablas
1-3 a continuación, las cabeceras de columnas
tienen los siguientes significados: "consistencia@transferencia
rápida" es la consistencia de un elemento laminar en el momento
de transferencia desde la tela de formación a la tela de
transferencia, expresada en porcentaje de sólidos; "fuerza de
tracción MD" es la fuerza de tracción en la dirección de la
máquina, expresada en gramos por 3 pulgadas (7,62 centímetros) de
anchura de la muestra; "fuerza de tracción CD" es la fuerza de
tracción en sentido transversal a la máquina expresada en gramos por
3 pulgadas (7,62 centímetros) de anchura de la muestra; "estirado
MD" es el estirado en la dirección de la máquina expresado como
alargamiento porcentual en la rotura de la muestra; "pendiente
MD" es la que se definió anteriormente, expresada en kilos por 3
pulgadas (7,62 centímetros) de anchura de la muestra; "grosor"
es el grosor de una hoja medido con un micrómetro volumétrico (TMI
modelo 49-72-00, Amityville, Nueva
York) con un diámetro de yunque de 4 1/16 pulgadas (103,2 mm) y la
presión sobre el yunque de 220 gramos/pulgada cuadrada (3,39
KiloPascals), expresado en micras; "rigidez MD" es la rigidez
en la dirección de la máquina según el factor anteriormente definido
expresado en (kilos por 3 pulgadas (76 milímetros)) -micras^{0,5};
"peso base" es el peso base en situación de acabado expresado
en gramos por metro cuadrado; "tela TAD" significa tela de
secado pasante; "refinador" es la entrada de potencia para el
refino de la capa central expresada en kilovatios; "rápida" es
la diferencia de velocidad entre la tela de formación y la tela de
transferencia más lenta, divido por la velocidad de la tela de
transferencia y expresada en forma de porcentaje; "HW/SW" es la
descomposición de peso de fibras de madera dura (HW) y de madera
blanda (SW) en los géneros celulósicos suaves de tres capas y
pliegue único expresado en forma de porcentaje del peso total de
fibras; y "Parez" es la proporción de añadidura de Parez 631 NC
expresada en kilos por tonelada métrica de la capa central de
fibras.
Tal como se mostró en los Ejemplos anteriores, la
prensa neumática produce consistencias significativamente más
elevadas más arriba de la transferencia de velocidad diferencial que
tienen como resultado hojas de material más blando, tal como queda
puesto en evidencia por valores de módulo más bajos. De forma
deseable, el módulo (rigidez MD) de productos celulósicos suaves es,
como mínimo, 20 por ciento menor que el del producto celulósico
comparable fabricado sin escurrido suplementario hasta una
consistencia superior aproximadamente al 30%. Además, las fuerza de
tracción en la dirección de la máquina de los productos celulósicos
es, como mínimo, 20% superior y la fuerza de tracción en dirección
transversal de los productos celulósicos es, como mínimo, 20%
superior que el de un producto celulósico comparable fabricado sin
escurrido suplementario hasta una consistencia superior al 30%
aproximadamente. Además, el estirado en la dirección de la máquina
de productos celulósicos es, como mínimo, 17 por ciento superior que
el de productos celulósicos comparables fabricados sin escurrido
suplementario hasta una consistencia superior al 30 por ciento
aproximadamente.
La descripción detallada anterior ha tenido
objetivos de ilustración. Por lo tanto, se pueden realizar una serie
de modificaciones y cambios sin salir del ámbito de la presente
invención. Por ejemplo, se pueden utilizar características
alternativas u opcionales descritas como parte de una realización
para dar lugar a otra realización. Adicionalmente, dos componentes
de los indicados pueden representar partes de la misma estructura.
Además, se pueden utilizar diferentes procesos y equipos tal como se
da a conocer en la Patente U.S.A. 5.667.636 de 16 de septiembre de
1997 de S.A. Engel y otros. Por lo tanto la invención no debe quedar
limitada por las realizaciones específicas que se han descrito, sino
solamente por las reivindicaciones.
Claims (5)
1. Dispositivo para el escurrido de un elemento
laminar húmedo (24) que se desplaza en la dirección de la máquina,
que comprende:
una estructura de armazón (210) y una prensa
neumática (200) que comprende una cámara de aire (202) y un
dispositivo de recogida, caracterizado porque el dispositivo
comprende además:
telas de soporte (206, 208) adaptadas para
abrazar en sándwich el elemento laminar húmedo (24) entre las
mismas;
quedando situado el dispositivo de recogida (204)
en el lado opuesto del elemento laminar húmedo (24) y telas de
soporte (206, 208) a la cámara de aire (202), estando dicha cámara
de aire (202) y el dispositivo de recogida (204) asociados
operativamente entre sí y adaptados para establecer un flujo de
fluido a presión a través del elemento laminar húmedo (24),
comprendiendo la cámara de aire (202):
componentes estacionarios (220) montados sobre la
estructura de armazón (210) y definiendo una superficie de carga
(230, 248) en general paralela al plano que contiene el elemento
laminar húmedo (24);
un conjunto de estanqueización (260) adaptado
para su desplazamiento con respecto a los componentes estacionarios
(220) entre la posición operativa en la que el conjunto de
estanqueidad (260) forma estanqueidad integral con el elemento
laminar húmedo (24) y una posición retraída, definiendo el conjunto
de estanqueización (260) una superficie de control (276, 278)
paralela en general al plano que contiene el elemento laminar húmedo
(24) y adaptada para establecer contacto con la superficie de carga
(230, 248); y
medios para desplazar el conjunto de
estanqueización (260) de forma general perpendicular al plano que
contiene el elemento laminar húmedo (24), de manera que el contacto
entre la superficie de control (276, 278) y la superficie de carga
(230, 248) interrumpe el movimiento del conjunto de estanqueización
(260) hacia el elemento laminar húmedo (24) cuando el conjunto de
estanqueización (260) alcanza la posición operativa.
2. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el
que la prensa neumática (200) está adaptada para proporcionar un
diferencial de presión a través del elemento laminar de 25 a 120
pulgadas de columna de mercurio aproximadamente
(85-410 kPa).
3. Dispositivo, según la reivindicación 1 ó 2, en
el que el dispositivo de recogida (204) está adaptado para funcionar
a un vacío superior a 0-25 pulgadas de columna de
mercurio aproximadamente (85 kPa).
4. Dispositivo, según las reivindicaciones 1, 2 ó
3, en el que la cámara de aire (202) está adaptada para funcionar a
una presión de fluido de 5 libras aproximadamente por pulgada
cuadrada (140 kPa) o superior.
5. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que la prensa neumática (200) está
adaptada para proporcionar un flujo de fluido a presión de unos 10
pies cúbicos estándar por minuto por pulgada cuadrada
\hbox{(7
m ^{3} /s} por metro cuadrado) de área abierta o superior.Applications Claiming Priority (2)
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