ES2217600T3

ES2217600T3 - Metodo para la fabricacion de productos de papel de baja densidad con reducida utilizacion de energia.

Info

Publication number: ES2217600T3
Application number: ES98956389T
Authority: ES
Inventors: Michael Alan Hermans; Sherry Lynn Behnke; Robert Irving Gusky; Frank Stephen Hada
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2004-11-01
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: CN1282393A; TW438929B; WO1999023302A1; CO5050415A1; DE69821967D1; BR9815233A; AU1292499A; ZA989733B; AU737366B2; AR017541A1; EP1027496A1; KR20010031626A; EP1027496B1; CA2307675A1; DE69821967T2; US6096169A; JP2001522002A

Abstract

Método para fabricación de un elemento laminar de celulosa (10), que comprende: a) depositar una suspensión acuosa de fibras de fabricación de papel sobre una tela sinfín de conformación (14) para formar un elemento laminar húmedo (10), presentando las fibras de fabricación de papel una continuidad de retención de agua y teniendo el elemento laminar (10) una determinada anchura de la hoja; y b) eliminar el agua sin compresión del elemento laminar (10) a partir de una continuidad posterior a la formación hasta una continuidad mínima de 70 por ciento de la continuidad de retención de agua a una velocidad de la máquina de 2500 pies por minuto (13 m/s) o superior haciendo pasar aire a través del elemento laminar (10), de manera que el aire que pasa a través del elemento laminar (10) tiene una temperatura menor de unos 300 grados Fahrenheit (150ºC).

Description

Método para la fabricación de productos de papel de baja densidad con reducida utilización de energía.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere de modo general a métodos para la fabricación de elementos laminares celulósicos. Más particularmente, la invención se refiere a métodos para la fabricación de productos de papel de baja densidad, tales como los llamados "tissue", con un reducido consumo de potencia.

En la fabricación de productos de papel tal como toallitas de papel, servilletas, pañuelos, bayetas, y similares, se dispone en general de dos métodos distintos para la fabricación de estos elementos laminares de base. Estos métodos son los que se indican comúnmente como prensado en húmedo y secado pasante. Si bien los dos métodos pueden ser iguales en el extremo frontal y extremo posterior del proceso, difieren significativamente en la forma en la que se elimina el agua del elemento laminar húmedo después de su formación inicial.

De manera más específica, en el método de prensado en húmedo, el elemento laminar húmedo recién formado es transferido de manera típica a una tela de fabricación de papel y después de ello es prensado contra la superficie de un secador Yankee calentado mediante vapor mientras se encuentra todavía soportado por la tela. El elemento laminar del que se ha eliminado el agua, que tiene típicamente una continuidad de 40 por ciento aproximadamente, es secado a continuación mientras se encuentra sobre la superficie caliente del Yankee. El elemento laminar es ondulado o "crepado" para suavizarlo y proporcionarle alargamiento a la hoja resultante. Una desventaja del prensado en húmedo es que dicha etapa de prensado densifica el elemento laminar, disminuyendo por lo tanto el volumen y la absorbencia de la hoja. El "crepado" subsiguiente restablece sólo de manera parcial estas características deseables de la hoja.

En el método de secado pasante, el elemento laminar recién formado es transferido a una tela relativamente porosa y se seca sin compresión haciendo pasar aire caliente a través del elemento laminar. El elemento laminar resultante puede ser transferido a continuación a un secador Yankee para su "crepado". Dado que el elemento laminar está substancialmente seco cuando es transferido al Yankee, la densidad del elemento laminar no se incrementa significativamente por la transferencia. Asimismo, la densidad de una hoja de secado pasante es relativamente baja por su propia naturaleza porque el elemento laminar es secado mientras está soportado sobre la tela de secado pasante. Las desventajas del método de secado pasante son, no obstante, el coste de energía operativa y los costes de inversión asociados con los dispositivos de secado pasante.

En el proceso de secado pasante, se elimina el agua como mínimo por dos procesos: eliminación de agua por vacío y a continuación secado pasante. La eliminación de agua en vacío es utilizada inicialmente para llevar la hoja de la continuidad por formación de alrededor de 10 por ciento a 20-28 por ciento aproximadamente, dependiendo de la pasta de papel específica, como es velocidad y costes de energía locales. Es bien conocido que el coste de la eliminación de agua es relativamente bajo para continuidades reducidas, pero aumenta de forma exponencial al eliminar una cantidad mayor de agua. Por lo tanto, se utiliza en general la eliminación de agua en vacío hasta que los costes de la eliminación de agua adicional resultan más altos que los de la etapa sucesiva de secado pasante.

En la etapa de secado pasante, los costes de energía varían también dependiendo del proceso y de las especificaciones de la pasta de papel, pero en todos los casos requiere como mínimo 1000 BTU/libra [23 Megajoules (MJ)/kilogramo] de agua eliminada porque éste es el calor latente de vaporización del agua. En la práctica, se requiere en general aproximadamente 1500 BTU por libra (3,5 MJ/Kg) de agua eliminada, con las BTU adicionales relativas al calor sensible necesario para llevar al agua al punto de ebullición y pérdidas de energía en el sistema. A pesar de la introducción de energía relativamente elevada requerida para el secado pasante, no obstante, este proceso ha pasado a ser el proceso escogido para géneros suaves y voluminosos, a causa de la calidad del producto resultante. Para una nueva máquina de fabricación de géneros celulósicos suaves o tissue de alta calidad, es rentable frecuentemente invertir capital adicional y costes de energía para fabricar el producto deseado.

Sin embargo, dado que la gran mayoría de máquinas existentes para la fabricación de géneros celulósicos suaves o tissue utilizan el método antiguo de prensado en húmedo, es de particular importancia que los fabricantes puedan encontrar formas de modificar las máquinas de prensado en húmedo existentes para producir los productos de baja densidad preferidos por los consumidores sin modificaciones gravosas en las máquinas existentes. Desde luego, es posible reconstruir las máquinas de prensado en húmedo para conseguir configuraciones de secado pasante, pero esto es habitualmente prohibitivo desde el punto de vista de costes. Muchos cambios complicados y onerosos son necesarios para adaptar los aparatos de secado pasante y equipos asociados. De acuerdo con ello, ha habido un gran interés en encontrar maneras de modificar las máquinas existentes de prensado en húmedo sin alterar significativamente el diseño de la máquina.

Un enfoque simple para modificar una máquina de prensado en húmedo para producir materiales más voluminosos y más suaves es el que se describe en la Patente U.S.A. 5.230.776 de 27 de julio de 1993 de Andersson y otros. La patente da a conocer la substitución de la tela por una cinta perforada de tipo de rejilla y abrazar en forma de sándwich el elemento laminar entre la rejilla de formación y esta cinta perforada hasta el rodillo de prensado. La patente parece también dar a conocer medios adicionales de eliminación de agua, tales como un tubo de soplado de vapor, tobera de soplado, y/o fieltro de prensado separado, que se pueden colocar dentro de la gama de estructura de sándwich a efectos de incrementar adicionalmente el contenido de sólidos secos antes del cilindro Yankee. Estos dispositivos adicionales de secado se dice que permiten que la máquina funcione a velocidades como mínimo substancialmente equivalentes a la velocidad de las máquinas de secado pasante.

Es importante reducir el contenido de humedad del elemento laminar que pasa al secador Yankee a efectos de mantener la velocidad de la máquina e impedir la formación de ampollas o pérdida de adherencia del elemento laminar. Haciendo referencia a la Patente U.S.A. 5.230.776, la utilización de un fieltro de prensado separado, tiende, no obstante, a densificar el elemento laminar de igual manera que una máquina convencional de prensado en húmedo. La densificación que resulta de una prensa de tela separada influiría por lo tanto negativamente en las características de volumen y absorbencia del elemento laminar.

Además, los chorros de aire para eliminar el agua del elemento laminar no son efectivos en sí mismos en términos de eliminación de agua o de rendimiento de la energía. El insuflado de aire sobre la hoja para secado es bien conocida en esta técnica y se utiliza dentro de las placas envolventes de los secadores Yankee para secado por convección. En una placa envolvente Yankee, no obstante, la mayor parte del aire de los chorros no penetra en el elemento laminar. Por lo tanto, si no se calienta a elevadas temperaturas, la mayor parte del aire se desperdiciará y no se utilizará de manera efectiva para eliminar agua. En las placas envolventes del secador Yankee, el aire es calentado a una temperatura que llega a 900 grados Fahrenheit (480ºC) y se permiten largos tiempos de permanencia a efectos de conseguir el secado.

La Patente U.S.A. 3.447.247 da a conocer el método y aparato para eliminar humedad de un elemento laminar permeable húmedo al hacer chocar en el elemento laminar aire de secado. La Patente U.S.A. 5.225.042 da a conocer un método y aparato para eliminar el agua de un material para fabricación de papel al aplicar aire a presión al elemento laminar utilizando un cuerpo envolvente de aplicación de presión.

Por lo tanto, lo que falta en la técnica y es necesario conseguir es un método para fabricación de géneros celulósicos suaves de baja densidad en una máquina de prensado en húmedo a velocidades convencionales de prensado en húmedo y, en particular, un método que produce los productos de baja densidad preferidos por los consumidores con un consumo reducido de energía.

Características de la invención

Se ha descubierto que se pueden utilizar corrientes de aire para eliminar el agua sin compresión de los elementos laminares celulósicos de manera eficaz en la utilización de la energía. Más particularmente, se puede modificar una máquina de prensado en húmedo para producir géneros celulósicos suaves con características similares a las de una máquina de secado pasante, manteniendo simultáneamente eficacia en la utilización de la energía y productividad. La máquina de prensado en húmedo puede ser modificada para producir materiales celulósicos suaves con un coste menor que una máquina de secado pasante reconstruida, manteniendo simultáneamente la productividad necesaria para hacer la conversión económicamente factible. Más específicamente, la máquina para géneros celulósicos suaves prensados en húmedo se puede modificar para producir de manera económica materiales celulósicos de baja densidad con un rendimiento de energía/inversión superior al de un proceso de secado pasante.

Por lo tanto, la invención se refiere a un método para la fabricación de un elemento laminar celulósico según la reivindicación 1.

El término "valor de retención de agua" de una muestra de pulpa, al que se hará referencia como WRV, es una medición del agua retenida por la muestra de pulpa húmeda después de centrifugación en condiciones estándar. El WRV puede ser una herramienta útil en la evaluación del comportamiento de pulpas con respecto al comportamiento de eliminación de agua en una máquina de fabricación de géneros celulósicos suaves. Un método adecuado para determinar el WRV de una pulpa es el método TAPPI 256, que proporciona valores estándar de fuerza centrífuga, tiempo de centrifugación y preparación de la muestra. Se conocen varios laboratorios de pruebas comerciales para llevar a cabo las pruebas WRV utilizando la prueba TAPPI o una forma modificada de la misma. A los efectos de esta invención, las muestras fueron sometidas al Weyerhaeuser Technology Center de Tacoma, Washington para las pruebas.

En las mezclas combinadas de pasta de papel que se describen en los ejemplos a continuación, se indica el WRV como promedio aritmético de los constituyentes individuales de la pasta de papel. El WRV se indica como gramos de agua con respecto a gramos de fibras después de la centrifugación.

La "continuidad de retención de agua" de una muestra de pulpa, a la que se hace referencia en esta descripción como WRC, se puede calcular a partir de WRV de acuerdo con la siguiente ecuación:

WRC = \left(\frac{1}{1 + WRV}\right) x 100.

El término WRC se utiliza en esta descripción porque representa la continuidad máxima que se puede obtener utilizando medios no térmicos para una muestra de pulpa que tiene un WRV determinado.

El término "rendimiento energético" (EE) que se utiliza en esta descripción significa la continuidad posterior a la eliminación de agua dividida por WRC para una determinada potencia en caballos por pulgada (Hp/in) o bien kilovatios por milímetro (Kw/mm) con respecto a la anchura de la hoja. El mecanismo de eliminación de agua sin compresión, no térmico, que se describe proporciona mejoras de rendimiento energético comparado con mecanismos convencionales tales como eliminación de agua por vacío, cajas de soplado, combinaciones de las mismas y similares. Además, las exigencias de energía del mecanismo de eliminación de agua presente, no térmico, sin compresión, se mejoran significativamente con respecto al secado pasante. De modo específico, la presente invención proporciona eliminación de agua sin compresión con un consumo total de energía significativamente más bajo que el mínimo teórico de 1000 BTU/libra (2,3 MJ/Kg) requerido para secado pasante, tal como aproximadamente 750 BTU/libra (1,7MJ/Kg) de agua eliminada o un valor más bajo, particularmente y de modo aproximado 500 BTU/libra (1,2 MJ/Kg) de agua eliminada o un valor más bajo, y más particularmente y de forma aproximada 400 BTU/libra (0,9 MJ/Kg) de agua eliminada o un valor más bajo, tal como, por ejemplo, 350 BTU/libra (0,8 MJ/Kg) de agua eliminada.

La eliminación de agua al vacío es la eliminación de agua practicada en general en las máquinas de fabricación de papel, incluyendo máquinas de géneros celulósicos suaves secados de forma pasante. De modo específico, la hoja, soportada por una tela continua, es transportada sobre una o varias ranuras u orificios conectados a un dispositivo de recogida para la corriente resultante de aire/agua, con el vacío mantenido por debajo de la hoja mediante una bomba, usualmente una bomba de anillos líquidos, tal como las fabricadas por la empresa Nash Engineering Company. La mezcla aire/agua es enviada a un separador, en la que las corrientes son separadas utilizando un separador estándar aire/agua tal como los fabricados por la firma Burgess Manning.

El lado de la hoja opuesto a la ranura de vacío es expuesto a la atmósfera ambiente de manera tal que la fuerza de impulsión para eliminar el agua, que se llama habitualmente pérdida de carga en la hoja (o delta P), es la diferencia entre el nivel de vacío conseguido en la caja de vacío y la presión atmosférica [que es esencialmente cero pulgadas de columna de mercurio (0 pascals (PA)) de vacío]. Por lo tanto, la fuerza total de eliminación de agua no puede superar 29,92 pulgadas de mercurio (101,3 kpa) al nivel del mar, es decir la diferencia entre la presión atmosférica y el vacío perfecto. En la práctica real, se consigue una fuerza no superior a 25 pulgadas (85 kpa) y esto limita las continuidades posteriores a la eliminación de agua a menos de 30 por ciento a velocidades útiles industrialmente. Inversamente, en el método de la presente invención, la fuerza para la eliminación del agua puede ser mucho más grande puesto que un dispositivo de presión positiva en el lado opuesto al dispositivo de recogida es estanqueizado de manera integral con respecto al elemento laminar y se utiliza para incrementar la fuerza de eliminación de agua.

De manera deseable, el elemento laminar de género celulósico húmedo es sometido a eliminación de agua no térmicamente y sin compresión utilizando una prensa de aire que comprende una cámara de aire y una caja de vacío que están operativamente conectadas e integralmente estanqueizadas entre sí. El fluido a presión procedente de la cámara de aire pasa por el elemento laminar húmedo y es evacuado por la caja de vacío. En realizaciones específicas, la prensa de aire está adaptada para funcionar a una proporción de presión de 3 aproximadamente o menos. El término "proporción de presión" (PR) para los objetivos de la presente invención se define como presión absoluta de la cámara o de aire dividida por la presión de vacío. La presión absoluta puede ser expresada en libras por pulgada cuadrada absolutas (psia o kilopascales). En general, se requieren niveles convencionales de vacío para eliminación de agua de unas 20 pulgadas de columna de mercurio (68 kpa) de vacío o superior, y por lo tanto proporciones de presión de 3 aproximadamente o más, para conseguir elevadas continuidades superiores aproximadamente a 20 por ciento.

Tal como se utiliza en esta descripción, las expresiones "eliminación de agua sin compresión" y "secado sin compresión" se refieren a la eliminación de agua o secado según métodos, respectivamente, para eliminar agua de elementos laminares celulósicos que no comportan puntos de tangencia con compresión u otras etapas que provocan la densificación significativa o compresión de una parte del elemento laminar durante el proceso de secado o de eliminación de agua.

Los términos "estanqueidad integral" y "estanqueizado de forma integral" se utilizan en esta descripción para hacer referencia a: la relación entre la cámara de aire y el elemento laminar húmedo en el que la cámara de aire está asociada operativamente y en contacto indirecto con el elemento laminar de manera tal que aproximadamente el 85 por ciento o más del aire alimentado a la cámara de aire pasa a través del elemento laminar cuando dicha cámara de aire funciona a 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, de manera tal que aproximadamente el 85 por ciento o más del aire alimentado a la cámara de aire fluye a través del elemento laminar pasando al dispositivo de recogida cuando la cámara de aire y el dispositivo de recogida funcionan a un diferencial de presión a través del elemento laminar de unas 30 pulgadas de columna de mercurio (100 kpa) o superior.

Los dispositivos de eliminación de agua de tipo anteriormente conocido que simplemente disponían de un tubo de insuflado de vapor, una tobera de vapor o similar en oposición a una caja de vacío o de succión no están estanqueizados de forma integral y son incapaces de obtener continuidades de eliminación de agua comparables cuando funcionan con la misma aportación de energía, o requieren una aportación de energía significativamente mayor para obtener la misma continuidad de eliminación de agua. Los ejemplos que se explican más adelante comparan las características de energía y de eliminación de agua de una prensa neumática con estanqueidad integral y dispositivos convencionales de eliminación de agua.

La prensa neumática es capaz de eliminar el agua de elementos laminares celulósicos hasta continuidades 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 elemento laminar. En realizaciones específicas, por ejemplo, la prensa neumática puede incrementar la continuidad del elemento laminar húmedo aproximadamente un 3 por ciento o más, particularmente 5 por ciento o más, tal como por ejemplo 5 a 20 por ciento, más particularmente 7 por ciento aproximadamente o más, y todavía más particularmente 7 por ciento aproximadamente o más, tal como de 7 a 20 por ciento aproximadamente. De este modo, la continuidad del elemento laminar húmedo a la salida 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; en particular 31 por ciento aproximadamente o superior, de modo más específico aproximadamente 32 por ciento o superior, tal como desde aproximadamente 32 a 42 por ciento, más particularmente 33 por ciento aproximadamente o superior, incluso más especialmente 34 por ciento aproximadamente o superior, tal como por ejemplo 34 a 42 por ciento aproximadamente y todavía de modo más específico 35 por ciento aproximadamente o superior.

La prensa neumática es capaz de conseguir estos niveles de continuidad mientras la máquina funciona a velocidades utilizables industrialmente. Tal como se utiliza en esta descripción, los términos "funcionamiento a alta velocidad" o bien "velocidad útil industrialmente" para una máquina para material celulósico suave se refieren a una velocidad de la máquina como mínimo de cualquiera de los siguientes valores o gamas de valores, 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 de valores que tiene un límite superior y un límite inferior que consiste en cualquiera de estos valores indicados. Se pueden utilizar opcionalmente, duchas de vapor o similares antes de la prensa neumática para incrementar la continuidad después de la prensa neumática y/o para modificar el perfil de humedad en dirección transversal a la máquina del elemento laminar. Además, se pueden conseguir elevadas continuidades cuando las velocidades de la máquina son relativamente bajas y el período de permanencia en la prensa neumática es relativamente alta.

El diferencial de presión a través del elemento laminar húmedo proporcionado por la prensa neumática puede ser de unas 25 pulgadas de columna de mercurio (85 kpa) o superior, tal como desde 25 (85 kpa) a unas 120 pulgadas de columna de mercurio (400 kpa), en particular unas 35 pulgadas de columna de mercurio (120 kpa) o superior, tal como desde 35 (120 kpa) hasta unas 60 pulgadas de columna de mercurio (200 kpa), y más particularmente desde 40 (135 kpa) aproximadamente hasta unas 50 pulgadas de columna de mercurio (170 kpa). Esto se puede conseguir en parte por una cámara de aire de la prensa neumática manteniendo la presión de fluido en una cara del elemento laminar húmedo superior a 0-60 libras por pulgada cuadrada nominales aproximadamente (psig) (4,1 bar nominal), particularmente superior a 0-30 psig (2,1 bar nominal), más particularmente y de forma aproximada 5 psig (0,34 bar nominal) o superior, tal como aproximadamente de 5 (0,34 bar nominal) a 30 psig (2,1 bar nominal), y más particularmente todavía desde 5 (0,34 bar nominal) aproximadamente hasta 20 psig (1,4 bar nominal) aproximadamente. El dispositivo de recogida de la prensa neumática funciona de manera deseable como caja de vacío funcionando de 0 a 29 pulgadas de columna de mercurio de vacío aproximadamente (100 kpa), particularmente de 0 a 25 pulgadas de columna de mercurio de vacío (85 kpa), particularmente más de 0 a 25 pulgadas de columna de mercurio de vacío aproximadamente (85 kpa), y más particularmente desde aproximadamente 10 (34 kpa) hasta unas 20 pulgadas de columna de mercurio de vacío (68 kpa), tal como de 15 pulgadas de columna de mercurio de vacío (51 kpa). El dispositivo de recogida de manera deseable pero no necesariamente forma un cierre integral con la cámara de aire y forma un vacío para facilitar su función como dispositivo de recogida para aire y líquido. Ambos niveles de presión dentro de la cámara de aire y del dispositivo de recogida son supervisados de manera deseable y controlados a niveles predeterminados.

De manera significativa, el fluido a presión utilizado en la prensa neumática es estanqueizado con respecto al aire ambiente para crear un flujo substancial de aire a través del elemento laminar, lo que tiene como resultado una capacidad muy grande de la prensa neumática para eliminar agua. El flujo de fluido a presión a través de la prensa neumática es de manera adecuada aproximadamente de 5 (3,7 m^{3}/segundo por metro cuadrado) hasta aproximadamente 500 pies cúbicos estándar por minuto (SCFM) por pulgada cuadrada (370 m^{3}/segundo por metro cuadrado) de área abierta, particularmente unos 10 SCFM por pulgada cuadrada (7,3 m^{3}/segundo por metro cuadrado) de área abierta o superior, tal como aproximadamente 10 (7,3 m^{3}/segundo por metro cuadrado) hasta aproximadamente 200 SCFM por pulgada cuadrada (150 m^{3}/segundo por metro cuadrado) de área abierta, y más particularmente unos 40 SCFM por pulgada cuadrada (29 m^{3}/segundo por metro cuadrado) de área abierta o superior, tal como desde aproximadamente 40 (29 m^{3}/segundo por metro cuadrado) hasta aproximadamente 120 SCFM por pulgada cuadrada (88 m^{3}/segundo por metro cuadrado) de área abierta. De manera deseable, 70 por ciento o más, especialmente 80 por ciento o más, y de manera más específica 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 adentro de la caja de vacío. A los objetos de la presente invención, los términos "pies cúbicos estándar por minuto" significan pies cúbicos por minuto medidos a 14,7 libras por pulgada cuadrada de presión absoluta (1,01 bar absolutos) y 60º grados Fahrenheit (ºF)(16ºC).

Los términos "fluido a presión" y "aire" se utilizan de manera intercambiable en esta descripción 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 o similares. De manera deseable, el fluido a presión comprende aire a temperatura ambiente o aire calentado solamente por el proceso de elevación de presión a una temperatura aproximada de 300ºF (150ºC) o menos, más particularmente unos 150ºF (65ºC) o menos.

Para los objetivos de la presente invención, las exigencias del flujo de aire para la prensa neumática y para la eliminación de agua en vacío se calcularon utilizando los datos de comportamiento del equipo obtenidos a partir de los fabricantes de los mismos.

Se calculó la potencia en caballos para el vacío para bombas de vacío estándar de anillo líquido, tal como se utilizan convencionalmente en la fabricación de géneros celulósicos suaves, utilizando las siguientes ecuaciones basadas en datos de rendimiento publicados por Nash Engineering Company de Norwalk, CT.

Potencia en caballos por pulgada de anchura de la hoja =

[(-0,03797) + (0,06150 \times PR) + (3,97168 \div SCFM)] \times SCFM \div W;

: en la que: PR = psia de la parte de más arriba/psia de la parte de más abajo

: SCFM = flujo de aire en pies cúbicos estándar por minuto, y 14,7 psia (1,01 bar absolutos) y 60ºF (16ºC); y

: W = anchura de la hoja en pulgadas.

Se calculó la potencia en caballos para el aire comprimido para compresores de paletas dobles utilizando la siguiente ecuación basada en datos de rendimiento publicados por Turblex Inc. de Springfield, MO.

Potencia en caballos por pulgada de anchura de la hoja:

[(-0,05674) + (0,057009 \times PR) + (18,79257 \div SCFM)] \times SCFM \div W;

: en la que: PR = psia de la parte de más arriba/psia de la parte de más abajo;

: SCFM = flujo de aire en pies cúbicos estándar por minuto, a 14,7 psia (1,01 bares absolutos) y 60ºF (16ºC); y

: W = anchura de la hoja en pulgadas.

La comparación de las exigencias de energía para una bomba de vacío y un compresor de aire, basados en las ecuaciones anteriores, se ha mostrado gráficamente en la figura 15. Se pueden conseguir las siguientes conclusiones a partir de las ecuaciones y el gráfico: a) el aire comprimido requiere menos energía que el vacío en toda la gama de diferencial de presión investigado; por ejemplo, a 20 pulgadas de columna de mercurio de diferencial (68 kpa), el aire comprimido requiere 10 caballos por pulgada de anchura de hoja (0,3 Kw/mm) que es un tercio de los 30 caballos por pulgada (0,9Kw/mm) de anchura de hoja necesarios para el vacío; b) la energía para el vacío incrementa hasta infinito al aproximarse al vacío absoluto (29,92 pulgadas de columna de mercurio), mientras que la energía del aire comprimido aumenta linealmente en la gama de diferencial de presión investigada; y c) el aire comprimido puede conseguir un diferencial más elevado que lo que resulta físicamente posible con vacío, especialmente para elevaciones importantes.

Las exigencias de energía para otros dispositivos de eliminación de agua del flujo de aire o equipos para ello pueden ser determinadas a partir de datos de rendimiento del equipo del fabricante para calcular la potencia en caballos.

El presente método es útil para conseguir una amplia variedad de productos absorbentes, incluyendo toallitas faciales, toallitas de baño, toallas, servilletas, bayetas, materiales ondulados, paneles de recubrimiento, papel de prensa o similares. Para los objetivos de la presente invención, los términos "elemento laminar celulósico" es utilizado para hacer referencia de manera amplia a elementos laminares que comprenden o consisten en fibras celulósicas con independencia de la estructura del producto terminado.

Los elementos laminares de tipo celulósico suave pueden ser sometidos a eliminación de agua y moldeo sobre una tela tridimensional utilizando la prensa neumática para conseguir un volumen relativo después del moldeo de unos 8 centímetros cúbicos por gramo (cc/g) o superior, particularmente unos 10 cc/g o superior, y más particularmente unos 12 cc/g o superior, y este volumen relativo se puede mantener después de prensado sobre el cilindro de secado caliente utilizando la tela texturada con orificios.

En realizaciones específicas, el elemento laminar puede ser secado parcialmente sobre el cilindro de secado caliente y sometido a ondulación en húmedo con una continuidad aproximada de 40 a 80 por ciento, siendo secado posteriormente (post-secado) hasta una continuidad aproximada del 95 por ciento o superior. Los medios adecuados para post-secado comprenden secadores de uno o varios cilindros, tales como secadores Yankee o secadores de botes, secadores de tipo pasante, o cualesquiera otros medios de secado comercialmente efectivos. De manera alternativa, el elemento laminar moldeado puede ser secado por completo sobre el cilindro de secado caliente y ondulado en seco o retirado sin ondulación. La magnitud del secado sobre el cilindro de secado caliente dependerá de factores tales como velocidad del elemento laminar, dimensiones del secador, cantidad de humedad del elemento laminar, y similares.

Se pueden utilizar muchos tipos de fibras para la presente invención incluyendo fibras de madera dura o de madera blanda, paja, lino, fibras de borras de semilla de vencetósigo, abacá, cáñamo, kenaf, bagazo, algodón, cañas, y similares. Todas las fibras conocidas para fabricación de papel pueden ser utilizadas, incluyendo fibras blanqueadas y no blanqueadas, fibras de origen natural (incluyendo fibras de madera u otras fibras celulósicas, derivadas de la celulosa, y fibras rigidizadas o reticuladas químicamente) o fibras sintéticas (fibras sintéticas de fabricación de papel comprendiendo ciertas formas de fibras fabricadas a partir de polipropileno, acrílicas, aramidas, acetatos, y similares), fibras de tipo virgen y recuperadas o recicladas, fibras de madera dura y de madera blanda, y fibras que han sido reducidas a pulpa mecánicamente (por ejemplo, madera molida), fibras de pulpa química (incluyendo sin que ello sirva de limitación procesos de pulpa kraft y de sulfito), de pulpa termomecánica, pulpa quimiotermomecánica, y similares. Se pueden utilizar mezclas de cualquier subconjunto de las clases de fibras anteriormente mencionadas o relacionadas. Las fibras pueden ser preparadas en múltiples formas conocidas como ventajosas en esta técnica. Los métodos útiles de preparar fibras incluyen dispersión para impartir curvatura y características mejoradas del secado, tal como se da a conocer en las Patentes U.S.A. 5.348.620 de 20 de septiembre de 1994 y 5.501.768 de 26 de marzo de 1996 de M. A. Hermans y otros.

También se pueden utilizar aditivos químicos y se pueden añadir a las fibras originales, a la emulsión fibrosa o se pueden añadir al elemento laminar durante o después de la fabricación. Estos aditivos comprenden agentes de opacidad, pigmentos, agentes para conseguir resistencia en húmedo, agentes para conseguir resistencia en seco, suavizantes, emolientes, humectantes, viricidas, bactericidas, tampones, ceras, fluoropolímeros, materiales para el control de olores y desodorantes, ceolitas, colorantes, colorantes fluorescentes o blanqueantes, perfumes, disgregantes, aceites vegetales y minerales, agentes de apresto, superabsorbentes, tensoactivos, humectantes, bloqueadores UV, antibióticos, lociones, fungicidas, conservantes, extracto de aloe-vera, vitamina E, o similares. La aplicación de los aditivos químicos no es necesariamente uniforme, sino que puede variar en su utilización y de una cara a la otra del material celulósico suave. Se puede utilizar un material hidrofóbico depositado sobre una parte de la superficie del elemento laminar para aumentar las características del mismo.

Se puede utilizar una caja de alimentación única o una serie de cajas de alimentación. La caja de alimentación o cajas de alimentación pueden ser estratificadas para permitir la producción de una estructura de capas múltiples a partir de un chorro de caja de alimentación única en la formación de un elemento laminar. En realizaciones específicas, el elemento laminar es producido por una caja de alimentación estratificada o dotada de capas para depositar preferentemente fibras más cortas a un lado del elemento laminar para mejorar la suavidad, con fibras relativamente más largas en el otro lado del elemento laminar o en una capa interior de un elemento laminar que tiene tres o más capas. El elemento laminar está formado de manera deseable sobre un bucle sinfín de una tela de formación dotada de orificios que permite el drenaje del líquido y la eliminación parcial de agua del elemento laminar. Múltiples elementos laminares embriónicos a partir de múltiples cajas de alimentación pueden ser dispuestos por capas o unidos mecánica o químicamente en estado húmedo para crear un solo elemento laminar con muchas capas.

Numerosas características y ventajas de la presente invención quedarán evidentes de la siguiente descripción. En la descripción, se hace referencia a los dibujos adjuntos que muestran realizaciones preferentes de la invención. Estas realizaciones no representan todo el alcance de la invención. Por lo tanto se debe hacer referencia a las reivindicaciones para la interpretación del alcance completo de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra de forma representativa un diagrama de proceso de flujo de un método de producción de elementos laminares celulósicos de baja densidad.

La figura 2 muestra de forma representativa una vista extrema a mayor escala de una prensa neumática a utilizar en el método de la figura 1, con un conjunto de cierre estanco de una cámara de aire de la prensa neumática en posición levantada con respecto al elemento laminar húmedo y caja de vacío.

La figura 3 muestra de forma representativa una vista lateral de la prensa neumática de la figura 2.

La figura 4 muestra una sección a mayor escala de un modo general según el plano 4-4 de la figura 2, pero con el conjunto de estanqueización aplicado contra la tela.

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 de corte 5-5 de la figura 2.

La figura 6 muestra de forma representativa una vista en perspectiva de varios componentes del conjunto de estanqueización de la cámara de aire dispuesto contra la tela, con ciertas partes seccionadas y mostradas en sección a efectos ilustrativos.

La figura 7 muestra de forma representativa una vista en sección a mayor escala de la configuración de cierre estanco alternativa para la prensa neumática de la figura 2.

La figura 8 muestra de forma representativa una vista esquemática a mayor escala de una sección de estanqueidad de la prensa neumática de la figura 2.

La figura 9 muestra de forma representativa un gráfico de energía total con respecto a continuidad posterior a la eliminación de agua para los Ejemplos 1 y 2 que se describen a continuación.

La figura 10 muestra de forma representativa un gráfico de la energía total con respecto a la continuidad después de la eliminación de agua para los Ejemplos 3 y 4 que se describen más adelante.

La figura 11 muestra de forma representativa un gráfico de la energía total con respecto a la continuidad después de la eliminación de agua para los Ejemplos 5 y 6 que se describen más adelante.

La figura 12 muestra de forma representativa un gráfico de la energía total con respecto a la continuidad posterior a la eliminación de agua para los Ejemplos 7 y 8 que se describen más adelante.

La figura 13 muestra de forma representativa un gráfico de la energía total con respecto a la continuidad después de la eliminación de agua para los datos de los Ejemplos 1 a 8.

La figura 14 muestra de forma representativa un gráfico de la energía total con respecto al Rendimiento de la Energía para los datos de los Ejemplos 1 a 8.

La figura 15 muestra de forma representativa una comparación gráfica de las necesidades de energía para una bomba de vacío y un compresor de aire tal como se ha descrito anteriormente.

Descripción detallada de los dibujos

La invención se describe a continuación de manera más detallada haciendo referencia a las figuras, en las que elementos similares de las diferentes figuras han recibido el mismo numeral de referencia. A efectos de simplicidad, los diferentes rodillos de tensado utilizados esquemáticamente para definir diferentes pasadas de tela se han mostrado pero no se han numerado. Se puede utilizar una amplia variedad de aparatos convencionales para fabricación de papel y operaciones para ello con respecto a la preparación del material, caja de alimentación, telas de formación, transferencias de elemento laminar, ondulación y secado. No obstante, se han mostrado componentes convencionales específicos para los objetivos de prever el contexto en el que se pueden utilizar las diferentes realizaciones de la invención.

El procedimiento de la presente invención puede ser llevado a cabo en un aparato tal como se ha mostrado en la figura 1. Un elemento laminar de papel inicial o embrión (10) formado en forma de emulsión de fibras para la fabricación de papel, es depositado a partir de la caja de cabecera (12) sobre una cinta sinfín de tela formadora (14) dotada de orificios. La continuidad y caudal de la emulsión determinan el peso base del elemento laminar seco, que de manera deseable se encuentra entre 5 y 80 gramos aproximadamente por metro cuadrado (gr/m^{2}) y de manera más deseable entre 8 y 40 gramos/metro cuadrado aproximadamente.

El elemento laminar de papel inicial o embrión (10) es sometido a una eliminación parcial de agua por elementos laminares ("foils"), cajas de succión y otros dispositivos conocidos en esta técnica (no mostrados) mientras es transportado sobre la tela de formación (14). Para funcionamiento a alta velocidad de la presente invención, los métodos convencionales de eliminación de agua de géneros celulósicos suaves anteriores al cilindro secador proporcionan una eliminación de agua no adecuada y/o no eficaz, de manera que se requieren medios adicionales de eliminación de agua. En la realización mostrada, una prensa neumática (16) es utilizada para eliminar el agua del elemento laminar (10) sin compresión, antes del cilindro de secado. La prensa neumática ilustrada (16) comprende un conjunto de una cámara de aire a presión (18) dispuesta por encima del elemento laminar (10), una caja de vacío (20) dispuesta por debajo de la tela de formación (14) en disposición operativa con la cámara de aire a presión y una tela de soporte (22). Mientras pasa a través de la prensa neumática (16), el elemento laminar húmedo (10) es abrazado en forma de sándwich entre la tela de formación (14) y la tela de soporte (22) a efectos de facilitar el cierre estanco contra el elemento laminar sin producir averías en el mismo.

La prensa neumática proporciona velocidades substanciales de eliminación de agua, posibilitando que el elemento laminar consiga niveles de sequedad superiores al 30 por ciento antes de su acoplamiento al secador Yankee, de manera deseable sin exigencia de eliminación de agua substancial por compresión. Se describen varias realizaciones de la prensa neumática (16) en mayor detalle más adelante.

El elemento laminar (10) en el que se ha eliminado el agua puede ser sometido a un proceso de prensado en húmedo y a procesos de acabado para conseguir el producto final deseado. Por ejemplo, el elemento laminar puede ser transferido desde la tela de formación a una tela texturada, dotada de orificios, y el elemento laminar y la tela texturada pueden ser prensados a continuación sobre la superficie de un secador Yankee caliente. De manera alternativa, la prensa neumática (16) puede ser utilizada conjuntamente con un proceso de secado por aire pasante.

Una prensa neumática (200) para la eliminación de agua del elemento laminar húmedo (10) se ha mostrado en las figuras 2-5. La prensa neumática (200) comprende de manera general una cámara de aire superior (202) en combinación con un dispositivo de recogida inferior que adopta la forma de caja de vacío (204). El elemento laminar húmedo (10) se desplaza en la dirección (205) de la máquina entre la cámara de aire y la caja de vacío mientras está abrazado en sándwich entre una tela superior de soporte (206) y otra tela inferior de soporte (208). La cámara de aire y la caja de vacío están asociadas operativamente entre sí de forma que el fluido a presión suministrado a la cámara de aire se desplaza a través del elemento laminar húmedo y es eliminado o sometido a vacío por 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 este sector. La tensión de la tela es ajustada a un valor predeterminado, de manera adecuada de 10 (0,18 kilos por milímetro lineal (kg/mm)) hasta unas 60 libras por pulgada lineal (1,1 kilos/milímetro) (pli), particularmente desde 30 (0,54 kg/mm) hasta aproximadamente 50 pli (0,89 kg/mm) y, más particularmente, desde 35 (0,63 kg/mm) hasta 45 pli aproximadamente (0,80 kg/mm). Las telas que pueden ser utilizadas para el transporte del elemento laminar húmedo (10) por 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 (10) se muestra en la figura 2, y una vista lateral de la prensa neumática en la dirección de la máquina (205) se muestra en la figura 3. En ambas figuras se han mostrado varios componentes de la prensa neumática (202) en posición levantada o retraída con respecto al elemento laminar húmedo (10) y a la caja de vacío (204). En la posición retraída no es posible una estanqueización o presurización efectivas del fluido. Para los objetivos de la presente invención la "posición retraída" de la prensa neumática significa que los componentes de la cámara de aire (202) no chocan sobre el elemento laminar húmedo y telas de soporte.

La cámara de aire (202) y caja de vacío (204) que se han mostrado están montadas dentro de una estructura de armazón adecuada (210). La estructura de armazón que se ha mostrado comprende placas de soporte superior e inferior (211) separadas por una serie de barras de soporte orientadas verticalmente (212). La cámara de aire (202) define una cámara (214) (figura 5) adaptada para recibir un suministro de fluido a presión a través de uno o varios conductos adecuados de aire (215) conectados operativamente a una fuente de fluido a presión (no mostrada). De forma correspondiente, la caja de vacío (204) define una serie de cámaras de vacío (que se describen a continuación en relación con la figura 5) que de modo deseable están conectadas operativamente a fuentes de bajo y alto vacío (no mostradas) mediante conductos de fluido adecuados (217) y (218), respectivamente (figuras 3, 4 y 5). El agua eliminada del elemento laminar húmedo (10) es separada a continuación desde 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 vistas en sección a mayor escala de la prensa neumática (200) en las figuras 4 y 5. En estas figuras se ha mostrado la prensa neumática en una posición operativa en la que los componentes de la cámara de aire (202) son bajados hasta establecer tope con el elemento laminar húmedo (10) y telas de soporte (206) y (208). El grado de choque que se ha observado que tiene como resultado un cierre estanco apropiado del fluido a presión con una fuerza de contacto mínima y por lo tanto un reducido desgaste de la tela, se describe de manera más detallada más adelante.

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 cierre estanco (260) que está montado de forma móvil con respecto a la estructura de armazón y al 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 del armazón.

Haciendo referencia específica a la figura 5, los componentes estacionarios (220) de la cámara de aire comprenden un par de conjuntos de soporte superiores (222) que están separados entre sí y dispuestos por debajo de la placa de soporte superior (211). Los conjuntos de soporte superiores definen superficies enfrentadas (224) que están dirigidas una hacia la otra y que definen parcialmente entre las mismas la cámara de aire (214). Los conjuntos de soporte superiores definen también las superficies inferiores (226) que están dirigidas hacia la caja de vacío (204). En la realización mostrada, cada superficie inferior (226) define un rebaje alargado (228) en el que se ha montado de manera fija un tubo neumático de carga superior (230). Los tubos neumáticos de carga superiores (230) están adecuadamente centrados en la dirección transversal de la máquina y se extienden de manera deseable a toda la anchura del elemento laminar húmedo.

Los componentes estacionarios (220) de la cámara de aire (202) incluyen también un par de conjuntos de soporte inferiores (240) separados entre sí y separados verticalmente desde los conjuntos de soporte superiores (222). Los conjuntos de soporte inferiores definen las superficies superiores (242) y superficies enfrentadas (244). Las superficies superiores (242) están dirigidas hacia las superficies inferiores (226) de los conjuntos de soportes superiores (222) y, tal como se ha ilustrado, definen unos rebajes alargados (246) en los que se han montado de manera fija tubos neumáticos de carga inferiores (248). Los tubos neumáticos de carga inferiores (248) están centrados de manera adecuada en la dirección transversal de la máquina y de manera adecuada se extienden aproximadamente al 50-100 por ciento de la anchura del elemento laminar húmedo. En la realización mostrada, las placas de soporte laterales (250) están fijadas de manera firme a las superficies enfrentadas (244) de los conjuntos de soporte inferiores y funcionan estabilizando el movimiento vertical del conjunto de cierre estanco (260).

Haciendo referencia adicionalmente a la figura 6, el conjunto de cierre estanco (260) comprende un par de elementos de cierre estanco en la dirección transversal de la máquina indicados como elementos de estanqueidad CD (262) (figuras 4-6) que están separados entre sí, una serie de soportes (263) (figura 6) que conectan los elementos de estanqueidad CD, y un par de elementos de estanqueidad en la dirección de la máquina a los que se hace referencia como elementos de estanqueidad MD (264) (figuras 4 y 6). Los elementos de estanqueización CD (262) son desplazables verticalmente con respecto a los componentes estacionarios (220). Los soportes opcionales pero deseables (263) están fijados de manera firme a los elementos de estanqueidad a CD para proporcionar soporte estructural, y desplazar de este modo verticalmente a lo largo de los elementos de estanqueidad CD. En la dirección máquina (205), los elementos de estanqueización MD (264) están dispuestos entre los conjuntos superiores de soporte (222) y entre los elementos de estanqueidad CD (262). Tal como se ha descrito en mayor detalle a continuación, las partes de los elementos de estanqueización MD son desplazables verticalmente con respecto a los componentes estacionarios (220). En la dirección transversal de la máquina, los elementos de estanqueización MD están dispuestos cerca de los bordes del elemento laminar húmedo (10). En una realización específica, los elementos de estanqueización MD son móviles en la dirección transversal de la máquina a efectos de adaptarse a una serie de anchuras posibles del elemento laminar húmedo.

Los elementos de estanqueidad CD (262) que se han mostrado incluyen una sección de pared vertical principal (266), una pestaña transversal (268) que sobresale hacia afuera desde la parte superior (270) de la sección de pared, y una cuchilla de estanqueidad (272) montada en una parte inferior opuesta (274) de la sección de pared (figura 5). La pestaña dirigida hacia afuera (268) forma por lo tanto superficies de control opuestas, superior e inferior, (276) y (278) substancialmente perpendiculares a la dirección de movimiento del conjunto de estanqueización. La sección de pared (266) y la pestaña (268) pueden comprender componentes separados o un componente único, tal como se han mostrado.

Tal como se ha indicado anteriormente, los componentes del conjunto de estanqueización (260) son desplazables verticalmente entre la posición retraída mostrada en las figuras 2 y 3 y la posición operativa mostrada en las figuras 4 y 5. En particular, las secciones de pared (266) de los elementos de estanqueización CD (262) están dispuestos hacia adentro de las placas de control de posición (250) y son deslizantes con respecto a aquéllas. La magnitud de desplazamiento vertical está determinada 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 neumáticos de carga (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 descendente sobre las superficies superiores de control (276) de los elementos CD de estanqueidad (262) con resultado de un movimiento descendente de las pestañas (268) hasta que establecen contacto con las superficies superiores (242) de los conjuntos de soporte inferiores (240) o que llegan a tope por una fuerza dirigida hacia arriba provocada por los tubos de carga inferiores (248) o la tensión de la tela. La retracción de los elementos de estanqueidad CD (262) se consigue por activación de los tubos de carga inferior (248) y desactivación de los tubos de carga superiores. En este caso, los tubos de carga inferiores presionan hacia arriba sobre las superficies inferiores de control (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 superiores e inferiores pueden funcionar a diferentes presiones para establecer el movimiento de los elementos de estanqueidad CD. Medios alternativos para el control del movimiento vertical de los elementos de estanqueización CD pueden comprender otras formas y conexiones de cilindros neumáticos, cilindros hidráulicos, husillos helicoidales, conjuntos de cilindro y pistón, 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 5, un par de placas puente (279) abarcan el intersticio entre los conjuntos de soporte superiores (222) y los elementos CD de estanqueidad (262) para impedir el escape de fluido a presión. Las placas puente definen por lo tanto una parte de la cámara de aire (214). Dichas placas puente pueden estar acopladas de manera fija a las superficies enfrentadas (224) de los conjuntos de soporte superiores de manera deslizante con respecto a las superficies interiores de los elementos de estanqueidad CD, o viceversa. Las placas puente pueden quedar constituidas a base de un material de baja fricción, semi-rígido, impermeable a los fluidos, tal como LEXAN, chapa metálica o similares.

Las cuchillas de estanqueidad (272) funcionan conjuntamente 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 (10) en la dirección de la máquina. De manera adicional, las cuchillas de estanqueidad están conformadas de manera deseable y constituidas de manera que reducen el desgaste de la tela. En realizaciones específicas, las cuchillas de estanqueidad están constituidas a base de compuestos elásticos de material plástico, cerámicos, sustratos recubiertos con metal, o similares.

Con particular referencia a las figuras 4 y 6, los elementos de estanqueidad 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 las figuras 4 y 6 muestra uno de los elementos de estanqueización MD (264), que están dispuestos en la dirección transversal de la máquina cerca del borde del elemento laminar húmedo (10). Tal como se ha mostrado, cada uno de los elementos de estanqueidad MD comprende un elemento de soporte transversal (280), una guía laminar extrema (282) conectada operativamente al elemento transversal del soporte, y elementos de accionamiento (284) para desplazar la guía laminar extrema con respecto al elemento de soporte transversal. Los elementos de soporte transversales (280) están normalmente posicionados cerca de los bordes laterales del elemento laminar húmedo (10) 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 dirigido hacia abajo (261) (figura 6) en el que se ha montado una guía laminar extrema. De manera adicional, cada uno de los elementos de soporte transversales define unas aberturas circulares (283) en las que se han montado los dispositivos de accionamiento (284).

Las guías laminares extremas (282) son desplazables verticalmente con respecto a los elementos de soporte transversales (280) debido a los dispositivos de accionamiento cilíndricos (284). Unos elementos de acoplamiento (285) (figura 4) enlazan las guías laminares extremas al eje de salida de los dispositivos de accionamiento cilíndricos. Los elementos de acoplamiento pueden comprender una barra o barras en forma de T invertidas, de manera que las guías laminares extremas pueden deslizar dentro del canal (281), por ejemplo, para su substitución.

Tal como se ha mostrado en la figura 6, tanto los elementos de soporte transversales (280) como las guías laminares extremas (282) definen ranuras para el alojamiento de una banda de estanqueidad (286) impermeable a los fluidos, tal como un material de anillo tórico o similar. La banda de estanqueidad ayuda a estanqueizar la cámara de aire (214) de la prensa neumática evitando fugas. Las ranuras en las que se aloja la banda de estanqueidad se ensanchan de manera deseable en el interfaz entre los elementos de soporte transversales (280) y las guías laminares extremas (282) para adaptarse al movimiento relativo entre dichos componentes.

Una placa puente (287) (figura 4) está dispuesta entre los elementos de estanqueización MD (264) y la placa de soporte superior (211) y montados de manera fija a la placa superior de soporte. Las partes laterales de la cámara neumática (214) (figura 5) se definen por la placa puente. Unos elementos de estanqueización, tales como material de juntas impermeable a los fluidos, están dispuestos de manera deseable entre la placa puente y los elementos MD de estanqueización para permitir el movimiento relativo entre ellos y para impedir la pérdida de fluido a presión.

Los dispositivos de accionamiento (284) proporcionan de manera adecuada la carga y descarga controladas de las guías laminares extremas (282) contra la tela superior del soporte (206), de forma independiente de la posición vertical de los elementos de estanqueización CD (262). La carga se puede controlar con exactitud para adaptarse a la fuerza de estanqueización necesaria. Las guías laminares extremas pueden ser retraídas cuando no son necesarias para determinar cualquier desgaste de las guías laminares extremas y de la tela. Son dispositivos de accionamiento adecuados los que se pueden conseguir de la firma Bimba Corporation. De manera alternativa, se pueden utilizar resortes (no mostrados) para retener las guías laminares extremas contra la tela, si bien la capacidad de controlar la posición de las guías laminares extremas puede tener que ser sacrificada.

Con referencia a la figura 4, cada una de las guías laminares extremas (282) tiene una superficie superior o borde (290) dispuesta adyacente a los elementos de acoplamiento (285), una superficie inferior opuesta o borde (292) que permanece durante su utilización en contacto con la tela (206), y superficies o bordes laterales (294) que se encuentran con gran proximidad a los elementos de estanqueización CD (262). La forma de la superficie de fondo (292) está adaptada de manera adecuada para acoplarse a la curvatura de la caja de vacío (204). En la caja en que los elementos de estanqueización CD (262) chocan sobre las telas, la superficie inferior (292) está conformada de manera deseable para unir la curvatura de la tela de tope. De este modo, la superficie inferior tiene una parte central (296) que está rodeada lateralmente en la dirección de la máquina por las partes extremas separadas (298). La forma de la parte central (296) se adapta en general a la forma de la caja de vacío mientras que la forma de las zonas extremas (298) se adapta en general a la flexión de las telas provocada por los elementos de estanqueidad CD (262). Para impedir un desgaste sobre el extremo saliente de las partes (298), las guías laminares extremas son retraídas de manera deseable antes de la retracción de los elementos de estanqueidad CD (262). Las guías laminares extremas (282) están formadas de manera deseable en un material impermeable a los gases que minimiza el desgaste de la tela. Son materiales específicos que pueden ser adecuados para las guías laminares extremas polietileno, nylon o similares.

Los elementos de estanqueidad MD (264) son, de forma deseable, desplazables en la dirección transversal de la máquina y por lo tanto son posicionados de manera deseable de forma deslizante contra los elementos de estanqueidad CD (262). En la realización mostrada, el desplazamiento de los elementos de estanqueidad MD (264) en la dirección transversal de la máquina está controlado por un eje o perno roscado (305) que se mantiene en su lugar mediante los soportes (306) (figura 6). El vástago roscado (305) atraviesa una abertura roscada del elemento transversal de soporte (280) y la rotación del eje provoca que el elemento de estanqueidad MD se desplace a lo largo del vástago. También se pueden utilizar 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. En una realización alternativa, los elementos de estanqueización MD están acoplados de forma fija a los elementos de estanqueidad CD, de manera que el conjunto completo de estanqueización es subido y bajado de forma conjunta (no mostrado). En otra realización alternativa, los elementos de soporte transversales (280) están acoplados de forma fija a los elementos de estanqueización CD y las guías laminares extremas están adaptadas para desplazarse de manera independiente con los elementos de estanqueidad 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 de la caja de vacío (300) y el conjunto de estanqueidad (260) están curvados suavemente para facilitar el control del elemento laminar. La tapa de la caja de vacío que se ha mostrado está constituida, desde el borde delantero hasta el borde posterior en la dirección de la máquina (205), mediante una primera zapata de estanqueidad externa (311), una primera zona de estanqueización de vacío (312), una primera zapata de estanqueización interior (313), una serie de cuatro zonas de autovacío (314), (316), (318) y (320) que rodean tres zapatas interiores (315), (317) y (319), una segunda zapata interior de estanqueización (321), una segunda zona de vacío de estanqueización (322), y una segunda zapata exterior de estanqueización (323) (figura 5). Cada una de estas zapatas y zonas se extienden de manera deseable en dirección transversal a la máquina en toda la anchura del elemento laminar. Cada una de dichas zapatas incluye una superficie superior formada de manera ventajosa en un material cerámico para su disposición encima de la tela de soporte inferior (208) sin provocar desgaste significativo de la tela. Se pueden constituir las tapas de cajas de vacío y zapatas apropiadas en materiales plásticos, nylon, aceros dotados de encubrimiento o similares, que se pueden conseguir de las firmas JWI Corporation o IBS Corporation.

Las cuatro zonas de alto vacío (314), (316), (318) y (320) son pasos de la tapa (300) operativamente conectados a una o más fuentes de vacío (no mostrado) que consiguen un nivel de vacío relativamente elevado. Por ejemplo, las zonas de alto vacío pueden funcionar a un vacío de 0 a 25 pulgadas de columna de mercurio de vacío (85 kpa), y más particularmente y de forma aproximada de 10 (34 kpa) a 25 pulgadas de columna de mercurio de vacío (85 kpa). 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 la fuente de vacío para establecer 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 (10 mm) en la dirección de la máquina y extendiéndose a toda la anchura del elemento laminar húmedo. El período de permanencia en el que cualquier punto determinado del elemento laminar es 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, particularmente unos 7,5 milisegundos o menos, más particularmente 5 milisegundos o menos, tal como 3 milisegundos aproximadamente o menos o incluso aproximadamente 1 milisegundo o menos. El número y anchura de las ranuras de vacío de alta presión y la velocidad de la máquina determinan el tiempo de permanencia. El tiempo de permanencia seleccionado dependerá del tipo de fibras contenidas en el elemento laminar húmedo y del grado deseado de eliminación de agua.

La primera y segunda zonas de vacío de estanqueización (312) y (322) se pueden utilizar para minimizar las pérdidas de fluido a presión de la prensa de aire. Las zonas de vacío de estanqueización son pasos en la etapa (300) que pueden estar conectados operativamente a una o varias fuentes de vacío (no mostradas) que de manera deseable consiguen un nivel de vacío relativamente más bajo en comparación con las cuatro zonas de alto vacío. De manera específica, la magnitud del vacío deseable para las zonas de vacío de estanqueización es de 0 a 100 pulgadas de columna de agua de vacío (25 kpa).

La prensa de aire (200) está construida de forma deseable de manera que los elementos de estanqueización CD (262) están dispuestos dentro de las zonas de vacío de estanqueización (312) y (322). Más específicamente, la cuchilla de estanqueización (272) del elemento de estanqueidad 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 centrado entre ellas, en la dirección de la máquina. La cuchilla posterior de estanqueización (272) del elemento de estanqueización CD está dispuesta de manera similar entre la segunda zapata interior de estanqueización (321) y la segunda zapata de estanqueización exterior (323), y más particularmente centrada entre ellas, en la dirección de la máquina. Como resultado de ello, el conjunto de estanqueización (260) puede ser bajado de manera que los elementos de estanqueización CD desvían el curso normal de desplazamiento del elemento laminar húmedo (10) y las telas (206) y (208) hacia la caja de vacío, que se ha mostrado en una escala ligeramente exagerada en la figura 5 a efectos de ilustración.

Las zonas de vacío de estanqueización (312) y (322) funcionan minimizando las pérdidas de fluido a presión de la prensa de aire (200) en la anchura del elemento laminar húmedo (10). El vacío en las zonas de vacío de estanqueización (312) y (322) atrae fluido a presión desde la cámara de aire (202) y atrae aire ambiente del exterior de la prensa de aire. Como consecuencia, se establece un flujo de aire desde el exterior de la prensa de aire hacia el interior de las zonas de vacío de estanqueización en vez de fugas de fluido a presión en dirección opuesta. Debido a la diferencia relativa de vacío entre las zonas de alto vacío y las zonas de vacío de estanqueización, no obstante, la mayor parte del fluido a presión de la cámara de aire es atraído hacia adentro de las zonas de alto vacío en vez de hacerlo en las zonas de vacío de estanqueización.

En una realización alternativa que se ha mostrado parcialmente en la figura 7, no se genera vacío en ninguna de las zonas de vacío de estanqueización (312) y (322). Preferentemente, unas guías laminares de estanqueización deformables (330) están dispuestas en las zonas de estanqueización (312) y (322) (solamente se han mostrado (322)) para impedir fugas del fluido a presión en la dirección máquina. En este caso, la prensa de aire es estanqueizada en la dirección máquina por unas cuchillas de estanqueización (272), que hacen tope sobre las telas (206) y (208) y el elemento laminar húmedo (10), y por las telas y el elemento laminar húmedo desplazados en íntima proximidad hacia las guías de estanqueidad deformables (330) o en contacto con las mismas. Esta configuración, en la que los elementos de estanqueización CD (262) hacen tope sobre la tela y elemento de estanqueidad y los elementos de estanqueidad CD están dispuestos en oposición sobre el otro lado de las telas y el elemento laminar húmedo por las guías laminares de sellado deformables (330), se ha observado que produce un efecto de estanqueización de la cámara de aire especialmente eficaz.

Las guías de estanqueización laminares deformables (330) se extienden de manera deseable a toda la anchura del elemento laminar cerrando de forma estanca, es decir estanqueizando, el extremo delantero, el extremo trasero, o tanto el extremo delantero como el trasero de la prensa de aire (200). La zona de vacío de estanqueización se puede desconectar con respecto a la fuente de vacío cuando la guía de estanqueización deformable se extiende a toda la anchura del elemento laminar. En el caso de que el borde posterior de la prensa de aire utiliza una guía laminar de estanqueización deformable a toda la anchura, se puede utilizar un dispositivo de vacío o caja de vacío más abajo de la prensa neumática para provocar que el elemento laminar (10) siga con una de las telas al ser separadas éstas.

Las guías laminares de estanqueización deformables (330) comprenden de manera deseable cada una de ellas un 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 en la tela, o comprenderá un material que es elástico y se desvía con el contacto de la tela. En cualquier caso, las guías de estanqueización deformables son preferentemente impermeables a los gases, y comprenden de forma deseable un material con elevado volumen de huecos, tal como un material esponjoso de células cerradas o similar. En una realización específica, las guías de estanqueización deformables comprenden un elemento esponjoso de células cerradas que tiene un grosor de 0,25 pulgadas (6 mm). De manera más deseable, las propias guías de estanqueización deformables se desgastan para adecuarse a la trayectoria de las telas. Las guías de estanqueización deformables están acompañadas de manera deseable por una placa de soporte (332) para soporte estructural, por ejemplo una barra de aluminio.

En realizaciones en las que no se utilizan guías de estanqueización laminares a toda la anchura, se requieren lateralmente con respecto al elemento laminar medios de algún tipo de estanqueización. Se pueden utilizar elementos laminares de estanqueización deformables tal como se ha descrito anteriormente, o cualesquiera otros medios conocidos en la técnica, para bloquear el flujo de fluido a presión a través de las telas lateralmente hacia afuera del elemento laminar húmedo.

El grado de tope o contacto de los elementos de estanqueización CD en la tela de soporte superior (206) de manera uniforme según la anchura del elemento laminar húmedo se ha observado que es un factor significativo en la creación de una estanqueización efectiva sobre el elemento laminar. El grado requerido de contacto se ha observado que es función de la tracción máxima de las telas de soporte superior e inferior (206) y (208), del diferencial de presión a través del elemento laminar y en este caso entre la cámara de aire (214) y las zonas de vacío de estanqueización (312) y (322), y el intersticio entre los elementos de estanqueización CD (262) y la tapa (300) de la caja de vacío.

Con referencia adicional al diagrama esquemático de la sección de estanqueidad posterior de la prensa de aire mostrada en la figura 8, la cantidad mínima deseable de contacto del elemento de estanqueidad CD (262) en la tela superior de soporte (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 (kg/mm)

: W es el diferencial de presión en el elemento laminar medido en psi (kg/mm2), y

: D es el intersticio en la dirección máquina medido en pulgadas (m).

La figura 8 muestra el elemento de estanqueización posterior CD (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 flecha "T". La tensión de la tela se puede medir por un tensiómetro modelo 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) es medido en la dirección máquina y representado por la flecha "d". El intersticio "d" significativo para la determinación del contacto es el intersticio en el lado del mayor diferencial de presión de la cuchilla de estanqueización (272), es decir, hacia la cámara (214), porque el diferencial de presión en dicho lado tiene el mayor efecto en la posición de la tela y elemento laminar. De manera deseable, el intersticio entre la cuchilla de estanqueidad y la segunda zapata exterior (323) es aproximadamente el mismo que el intersticio "d" o menor.

El ajuste de la disposición vertical de los elementos de estanqueización CD (262) con el mínimo grado de contacto, tal como se ha definido anteriormente, es un factor determinante en la eficacia del cierre estanco CD. La fuerza de carga aplicada al conjunto de estanqueización (260) desempeña un papel menor en la determinación de la efectividad del elemento de estanqueidad, y solamente requiere su ajuste en la magnitud necesaria para mantener el grado requerido de contacto. Desde luego, el grado de desgaste de la tela tendrá influencia en la utilidad comercial de la prensa de aire (200). Para conseguir cierre estanco eficaz sin desgaste substancial de la tela, el grado de contacto es de forma deseable igual o solamente algo superior al mínimo grado de contacto definido anteriormente. Para minimizar la variabilidad del desgaste de la tela sobre la anchura de las telas, la fuerza aplicada a la tela se mantiene de forma deseable constante según la dirección transversal a la máquina. Esto se puede conseguir con una carga controlada y uniforme de los elementos de estanqueidad CD o bien por el control de la posición de los elementos de estanqueidad CD y una geometría uniforme del contacto de los elementos de estanqueidad CD.

En su utilización, un sistema de control provoca que el conjunto de estanqueidad (260) de la cámara de aire (202) sea bajado a ocupar una posición operativa. En primer lugar, los elementos de estanqueidad CD (262) son bajados de manera que las cuchillas de estanqueización (272) chocan sobre la tela superior de soporte (206) en el grado descrito anteriormente. Más particularmente, las presiones en los tubos de carga superior e inferior (230) y (248) se ajustan para provocar el movimiento descendente de los elementos de estanqueidad CD (262) hasta que el movimiento es interrumpido por las pestañas transversales (268) que establecen contacto con los conjuntos de soporte inferiores (240) o hasta que se equilibran por el tensado de la tela. En segundo lugar, las guías laminares extremas (282) de los elementos de estanqueidad MD (264) descienden hasta establecer contacto o encontrarse 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 de fluido a presión.

La prensa de aire es activada a continuación de manera que el fluido a presión llena la cámara de aire (202) y se establece una corriente de aire a través del elemento laminar. En la realización mostrada en la figura 5, se aplican vacíos alto y bajo a las zonas de alto vacío (314), (316), (318) y (320) y a las zonas de vacío de estanqueización (312) y (322) para facilitar la corriente de aire, la estanqueización y eliminación de agua. En la realización de la figura 7, el fluido a presión fluye desde la cámara de aire a las zonas de alto vacío (314), (316), (318) y (320) y las guías de estanqueización deformables(330) estanqueízan la prensa 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 una eficaz eliminación de agua en el elemento laminar.

Una serie de características estructurales y operativas de la prensa de aire contribuyen a que las fugas de fluido a presión sean muy reducidas, combinándose además con un desgaste relativamente reducido de la tela. Inicialmente, la prensa de aire (200) utiliza elementos de estanqueización CD (262) que establecen contacto sobre la tela y el elemento laminar húmedo. El grado de contacto queda determinado para hacer máxima la eficacia del cierre estanco CD. En una realización, la prensa de aire utiliza las zonas de vacío de estanqueización (312) y (322) para crear un flujo de aire ambiente hacia adentro de la prensa según la anchura del elemento laminar húmedo. En otra realización, los elementos de estanqueización deformables (330) están dispuestos en las zonas de estanqueización con vacío (312) y (322) en oposición a los elementos de estanqueización CD. En cualquiera de los casos, los elementos de estanqueización CD (262) están dispuestos de modo favorable como mínimo parcialmente en pasos de la tapa (300) de la caja de vacío a efectos de minimizar la necesidad de una alineación precisa de las superficies acopladas 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 inferiores (240) conectados a la estructura de armazón (210). Como resultado de ello, la fuerza de carga para la prensa de aire es independiente de la presión del fluido contenido dentro de la cámara de aire. El desgaste de la tela se minimiza también debido a la utilización de materiales de la tela de bajo desgaste y a sistemas de lubrificación. Los sistemas de lubrificación adecuados pueden incluir lubrificantes químicos tales como aceites emulsificados, desaglomerantes u otros productos químicos o agua. Los métodos típicos de aplicación de lubrificantes comprenden la pulverización de lubrificantes diluidos aplicados de manera uniforme en dirección transversal con respecto a la máquina, una solución atomizada hidráulicamente o con aire, un fieltro rozante con una solución más concentrada u otros métodos bien conocidos en las aplicaciones de sistemas de pulverización.

Las observaciones han demostrado que la capacidad de funcionar con presiones de la cámara más elevadas depende de la capacidad de impedir fugas. La presencia de la fuga puede ser detectada por flujos de aire excesivos con respecto a otros anteriores o a la expectativa de funcionamiento, ruidos operativos adicionales, pulverizaciones de humedad, y en casos extremos, defectos regulares o al azar en el elemento laminar húmedo incluyendo orificios y pliegues. Las fugas pueden ser reparadas por la alineación o ajuste de los componentes de estanqueización de la prensa de aire.

En la prensa de aire, son deseables los flujos de aire uniformes en la dirección transversal de la máquina para conseguir una eliminación del agua del elemento laminar uniforme. La uniformidad del flujo en la dirección transversal de la máquina se puede mejorar con mecanismos tales como conductos de estructura cónica en los lados de presión y de vacío conformados utilizando modelado dinámico de fluido por ordenador. Dado que el peso base del 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 uniforme de aire en la dirección transversal de la máquina, tales como zonas controladas independientemente con amortiguadores de presión o acción de vacío para variar el flujo de aire basado en las características de la hoja, una placa reflectora para una caída de presión significativa en el flujo antes del elemento laminar húmedo u otros medios directos. Entre los métodos alternativos de control de la uniformidad de la eliminación de agua CD se pueden incluir también dispositivos externos, tales como duchas de vapor controladas por zonas, por ejemplo una ducha de vapor Devronizer de la firma Honeywell-Measurex Systems Inc. de Dublín, Ohio o similares.

Ejemplos

Se facilitan los siguientes ejemplos para conseguir una comprensión más detallada de la invención. Las cantidades, proporciones, composiciones y parámetros específicos están destinados a tener carácter de ejemplo, y no están destinados a limitar de manera específica el alcance de la invención. En cada ejemplo, se han calculado los valores de la potencia en caballos por el método descrito anteriormente.

Ejemplo 1

Una mezcla 50/50 de pulpa kraft de madera blanda "northern" y eucalipto fue elaborada durante 30 minutos con una continuidad de 4 por ciento. El valor de la retención de agua de la mezcla de pasta de papel era de 1,37, dando lugar a un WRC de 42,19. La mezcla de fibras fue conformada sobre una hoja de tela de formación Lindsay 2164B desplazándose a una velocidad de 2500 pies por minuto (13 m/s). Las hojas resultantes, con pesos base aproximados de 10 (5kg/268 m^{2}) y 20 libras/2880 pies (9 kg/268 m^{2}) y continuidades aproximadas de 9 a 13 por ciento, fueron sometidas a eliminación de agua adicional con utilización de vacío. Los resultados obtenidos para el Ejemplo 1 se muestran a continuación en la Tabla 1 y se han designado con un subíndice "a".

Ejemplo 2

Los experimentos del Ejemplo 1 fueron repetidos con una prensa de aire añadida al sistema para aumentar y/o substituir una parte del sistema de eliminación de agua en vacío. Se utilizó una tela de soporte idéntica a la tela de formación para abrazar en sándwich el elemento laminar en la prensa neumática. La cámara de aire de la prensa neumática fue sometida a presión con aire aproximadamente a 150 grados Fahrenheit (66ºC) a 15 (1,0 bar nominal) o 23 libras por pulgada cuadrada nominal (1,6 bar nominal), y la caja de vacío se hizo funcionar a un vacío constante de 15 pulgadas de columna de mercurio (51 kpa). La hoja fue expuesta a los diferenciales de presión resultantes de 45 (152 kpa) y 62 pulgadas de columna de mercurio (210 kpa) y flujos de aire comprendidos entre 58 (42 m^{3}/s por metro cuadrado) y 135 SCFM por pulgada cuadrada (99 m^{3}/s por metro cuadrado) de anchura de hoja para períodos de permanencia de 0,75 ó 2,25 milisegundos. La prensa de aire incrementó la continuidad del elemento laminar aproximadamente en 5-10% dependiendo de las condiciones experimentales. Los resultados de la prueba obtenidos para el Ejemplo 2 se muestran a continuación en la Tabla 1 y se han indicado con el indicativo "A".

TABLA 1

1

En las figuras 9-14, el símbolo "\ding{110}" (ligeramente menor) es utilizado para representar datos en el caso en que el elemento laminar ha sido sometido a eliminación de agua utilizando solamente cajas de vacío; el símbolo "\ding{115}" se utiliza para representar datos en el caso en que el elemento laminar ha sido sometido a eliminación de agua utilizando una combinación de cajas de vacío y prensa de aire; y un cuadrado hueco es utilizado para representar datos en el caso en que el elemento laminar ha sido sometido a eliminación de agua utilizando solamente una prensa de aire.

Las figuras 9-13 representan gráficos de continuidad con respecto a energía para los datos en los Ejemplos 1-8. De manera más específica, estos gráficos muestran la continuidad después de la etapa de eliminación de agua en ordenadas con respecto a la energía total/pulgada consumida en la eliminación de agua de la pasta de papel en abscisas. Cada una de las pastas de papel se ha mostrado que tienen una relación propia entre continuidad y aportación de energía.

Para cada uno de estos gráficos, se debe recordar que una aportación adicional de energía a los dispositivos de eliminación de agua por vacío no incrementa la continuidad según una relación lineal. Tal como se muestra en la figura 15, la energía de vacío aumenta hasta el infinito al aproximarse al vacío absoluto.

La figura 9 muestra un gráfico de la energía total para eliminar el agua del elemento laminar con respecto a la continuidad después de la eliminación de agua para los Ejemplos 1 y 2. Este gráfico muestra que para pasta de papel kraft de madera blanda "northern" y de eucalipto, la prensa de aire pudo conseguir aproximadamente una continuidad superior en un 7 por ciento a la eliminación de agua en vacío con una aportación de energía comparable. Dicho de otro modo, basándose en los datos de la Tabla 1, la prensa de aire fue capaz de eliminar el agua de la pasta de papel hasta más del 70% de WRC, mientras que la eliminación de agua en vacío fue capaz solamente de conseguir aproximadamente 60% de WRC con una aportación similar de energía.

Ejemplo 3

Se llevaron a cabo experimentos similares a los descritos en el Ejemplo 1 con una mezcla 50/50 de pulpa kraft de madera blanda "northern" y eucalipto que había sido dispersada según la patente U.S.A. 5.348.620, siendo procesada durante 30 minutos con un 4 por ciento de continuidad. El valor de retención de agua de la mezcla de pasta de papel fue 1,33, dando lugar a WRC de 42,92. La mezcla de fibras fue conformada en una hoja en una tela de formación Lindsay 2164B con una velocidad de 2500 pies por minuto (13 m/s). Las hojas resultantes, con pesos base aproximadamente de 10 (5 kg/268 m^{2}) y 20 libras/2880 pie^{2} (9 kg/268 m^{2}) y una continuidad aproximadamente de 9 a 13 por ciento, fueron sometidas posteriormente a eliminación de agua utilizando vacío. Los resultados de la prueba obtenidos para el Ejemplo 3 se han mostrado a continuación en la Tabla 2 y se han indicado con el subíndice "b".

Ejemplo 4

Se repitieron los experimentos del Ejemplo 3 con una prensa de aire añadida al sistema para aumentar y/o substituir una parte del sistema de eliminación de agua en vacío. Una tela de soporte idéntica a la tela de formación fue utilizada para abrazar en sándwich el elemento laminar en la prensa de aire. La cámara de aire de la prensa fue sometida a presión con aire a unos 150 grados Farhenheit (66ºC) hasta 15 (1,0 bar nominal) y 23 libras por pulgada cuadrada nominal (1,6 bar nominal), y la caja de vacío se hizo funcionar con un vacío constante de 15 pulgadas de columna de mercurio (51 kpa). La hoja fue expuesta al diferencial de presión resultante de 45,5 (154 kpa) y 62 pulgadas de columna de mercurio (210 kpa) y caudales de 65 (47,5 m^{3}/s por metro cuadrado) hasta 129 SCFM por pulgada cuadrada (94,4 m^{3}/ por metro cuadrado) para períodos de permanencia de 0,75 y 2,25 milisegundos. La prensa de aire ha incrementado la continuidad del elemento laminar aproximadamente en 6 a 15 por ciento. Los resultados de prueba obtenidos por el Ejemplo 4 se han mostrado a continuación en la Tabla 2 y se han designado con el indicador superior B.

TABLA 2

2

La figura 10 representa un gráfico de la energía total para eliminar el agua del elemento laminar con respecto a la continuidad después de eliminación de agua para los Ejemplos 3 y 4. Este gráfico muestra que para la pasta de papel de kraft de madera blanda tipo northern y eucaliptus dispersada, la prensa de aire fue capaz de conseguir, aproximadamente, una continuidad 7 por ciento más elevada que la eliminación de agua en vacío para una aportación de energía comparable. Expresado de forma diferente, basándose en los datos de la Tabla 2, la prensa de aire fue capaz de eliminar el agua de la pasta de papel hasta más de 70% en peso de WRC, mientras que la eliminación de agua en vacío fue capaz de alcanzar solamente 50-60% aproximadamente del WRC para una aportación de energía similar.

Ejemplo 5

Se llevaron a cabo experimentos similares a los descritos en el Ejemplo 1 con 100 por ciento de fibras recicladas (pulpa comercial destintada de Fox River Fiber en DePere, WI U.S.A.), manipulada durante 30 minutos a 4 por ciento de continuidad. El valor de la retención de agua de la pasta fue de 1,72, proporcionando un WRC de 36,76. La fibra fue conformada en una hoja o lámina en una tela de formación Lindsay 2164B con una velocidad de desplazamiento de 2500 pies por minuto (13 m/s). Las hojas resultantes, con pesos bases aproximados de 10 (5 kg/268 m^{2}) y 20 libras/2880 pie cuadrado (9 kg/268 m^{2}) y una continuidad de 9 a 13 por ciento, fueron sometidas a continuación a eliminación de agua utilizando vacío. Se muestran a continuación en la Tabla 3 resultados de pruebas obtenidos en el Ejemplo 5 y se designan con el indicativo "C".

Ejemplo 6

Se repitieron los experimentos del Ejemplo 5 con una prensa de aire añadida al sistema para aumentar y/o sustituir una parte del sistema de eliminación de agua en vacío. Una tela de soporte idéntica a la tela de formación fue utilizada para abrazar en sándwich el elemento laminar a través de la prensa de aire. La cámara de aire de la prensa de aire fue sometida a presión con aire aproximadamente a 150 grados Fahrenheit (66ºC) a 15 (1,0 bar nominal) y 23 libras por pulgada cuadrada nominal (1,6 bar nominal), y la caja de vacío funcionó a un vacío constante de 15 pulgadas de columna de mercurio (51 kPa). La hoja fue sometida a diferenciales de presión resultantes de 45 (152 kPa) y 62 pulgadas de columna de mercurio (210 kPa) y caudales de aire de 43 (31,6 m^{3}/s por metro cuadrado) hasta 124 SCFM por pulgada cuadrada (90,7 m^{3}/s por metro cuadrado) para períodos de permanencia de 0,75 y 2,25 milisegundos. La prensa de aire aumentó la coexistencia del elemento laminar en 2 a 8 por ciento, aproximadamente. Los resultados de pruebas obtenidas para el Ejemplo 6 se muestran a continuación en la Tabla 3 y se han indicado con la indicación "C".

TABLA 3

3

La figura 11 muestra un gráfico de la energía total para eliminar el agua del elemento laminar con respecto a la continuidad después de la eliminación de agua para los Ejemplos 5 y 6. Este gráfico muestra que para la pasta de papel de fibras recicladas, la prensa de aire fue capaz de conseguir aproximadamente una continuidad 5 por ciento superior que para la eliminación de agua en vacío para una aportación de energía comparable. Expresado de forma distinta, basado en los datos de la Tabla 3, la prensa de aire fue capaz de eliminar el agua de la pasta a 70-85% de WRC, mientras que la vibración de agua en vacío fue solamente capaz de conseguir 60-70% del WRC para una aportación de energía similar.

Ejemplo 7

Se llevaron a cabo experimentos similares a los descritos en el Ejemplo 1 con una mezcla 25/75 de madera blanda BCTMP y pulpa kraft de madera dura southern con proceso de pulpa durante 30 minutos con una continuidad de 4 por ciento. El valor de retención de agua de la mezcla de pasta era de 1,68, dando lugar a WRC de 37,31. La mezcla de fibras fue formada en una hoja o lámina en una tela de formación Lindsay 2164B con una velocidad de desplazamiento de 2500 pies por minuto (13 m/s). Las hojas resultantes, con pesos base aproximados de 10 (5 kg/288 m^{2}) y 20 libras/2880 pies cuadrados (9 kg/268 m^{2}) y una continuidad aproximada de 9 a 13 por ciento, fueron sometidas a eliminación de agua utilizando vacío. Los resultados de la prueba conseguidos para el Ejemplo 7 se muestran a continuación en la Tabla 4 y se han indicado con el indicativo "d".

Ejemplo 8

Se repitieron los experimentos del Ejemplo 7 con una prensa de aire añadida al sistema para aumentar y/o sustituir una parte del sistema de eliminación de agua por vacío. Una tela de soporte idéntica a la tela de formación fue utilizada para abrazar en sándwich el elemento laminar en la prensa de aire. La cámara de aire de dicha prensa de aire fue sometida a presión por aire aproximadamente a 150 grados Fahrenheit (66ºC) a 15 (1,0 bar nominal) y 23 libras por pulgada cuadrada nominal (1,6 bar nominal), y la caja de vacío funcionó a un vacío constante de 15 pulgadas de columna de mercurio (51 kPa). La hoja fue sometida al diferencial de presión resultante de 45 (152 kPa) y 62 pulgadas de columna de mercurio (210 kPa) y caudales de aire de 66 (48,2 m^{3}/s por metro cuadrado) hasta 174 SCFM por pulgada cuadrada (127 m^{3}/s por metro cuadrado) durante períodos de permanencia de 0,75 a 2,25 milisegundos. La prensa de aire aumentó la continuidad del elemento laminar aproximadamente en 5(10 por ciento. Los resultados de prueba obtenidos para el Ejemplo 8 se han mostrado a continuación en la Tabla 4 y se han indicado con la letra "D".

TABLA 4

4

La figura 12 representa un gráfico de la energía total para la eliminación del agua del elemento laminar con respecto a la continuidad después de la eliminación de agua para los Ejemplos 7 y 8. Este gráfico muestra que para la pasta de papel de madera blanda BCMTP/kraft de madera dura southern, la prensa de aire era capaz de conseguir aproximadamente una continuidad 5-6 por ciento superior que la eliminación de agua por vacío para una aportación de energía comparable. Expresado de forma distinta, basándose en los datos de la Tabla 4, la prensa de aire fue capaz de eliminar el agua de la pasta de papel a 70-80% del WRC, mientras que la eliminación de agua en vacío fue capaz solamente de conseguir 55-65% aproximadamente del WRC para una aportación de energía similar.

La figura 13 representa una acumulación de los datos de las figuras 9-12. Este gráfico muestra que para la totalidad de pastas de papel sometidas a comprobación, la prensa de aire fue capaz de conseguir aproximadamente una continuidad 5-7 por ciento superior que la eliminación de agua por vacío para una aportación de energía similar. Los números exactos varían de una pasta de papel a otra, pero la ventaja de la prensa de aire en comparación con la tecnología de eliminación de agua por vacío es continuada.

De los datos de las figuras 9-13 y el WRV de las fibras pertinentes se preparó la figura 14. Se ha mostrado en la figura 14 la continuidad de la etapa posterior a la eliminación de agua dividida por el WRC con respecto a la energía total/pulgadas consumida. En este caso, todos los datos de eliminación de agua en vacío se fusionan tal como los datos para la eliminación de agua por la prensa de aire. No obstante, los datos de la prensa de aire resultantes no se corresponden con la curva de eliminación de agua por vacío. Para una energía determinada se obtiene una continuidad de la etapa posterior a la eliminación de agua significativamente más elevada dividida por WRC con la prensa de aire para la eliminación de agua que en la utilización de la tecnología de eliminación de agua convencional por vacío. Esta diferencia tiene lugar en todos los tipos de pastas de papel y pesos base.

Para resumir los datos de las figuras 9-14, cada una de las pastas de papel tiene una respuesta propia a cada una de las tecnologías de eliminación de agua. Expresado de otro modo, algunas de las pastas de papel, específicamente las que tienen un WRV bajo, eliminan el agua más fácilmente que otras. Las pastas de papel que eliminan el agua más fácilmente proporcionan una continuidad relativamente elevada para una aportación de energía determinada. Inversamente, las pastas de papel con un elevado WRV proporcionan una continuidad operativamente baja para una aportación de energía determinada. Para una tecnología determinada de eliminación de agua, la relación continuidad/energía puede agruparse más íntimamente dividiendo la continuidad por WRC. En este caso, se puede conseguir una relación única del porcentaje de eliminación de agua que se puede conseguir teóricamente con respecto a la energía para una tecnología determinada de eliminación de agua. Cuando se utiliza una tecnología distinta para eliminación de agua, es decir, eliminación de agua por prensa de aire, existe una relación similar pero distinta continuidad/energía y una agrupación de distinta continuidad/WRC con respecto a energía puede ser construida de manera que elimine nuevamente la influencia de cada una de las pastas de papel. El punto destacado de esta invención es que la agrupación continuidad/WRC con respecto a energía para eliminación de agua por prensa de aire es superior que la agrupación para eliminación de agua por vacío convencional (técnica anterior) para todas las pastas de papel, todos los pesos base, continuidades y aportaciones de energía.

La descripción detallada anterior tiene solamente objetivos ilustrativos. Por lo tanto, se pueden introducir 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 conseguir otra realización. De manera adicional, dos componentes de los indicados podrían representar partes de la misma estructura. Además, se pueden utilizar diferentes procedimientos y equipos alternativos, particularmente con respecto a la preparación de la materia prima, caja de cabecera, tela de formación, transferencias de elemento laminar, ondulación y secado. Por lo tanto, la invención no debe quedar limitada por las realizaciones específicas que se han descrito, sino por las reivindicaciones.

Claims

1. Método para fabricación de un elemento laminar de celulosa (10), que comprende:

a) depositar una suspensión acuosa de fibras de fabricación de papel sobre una tela sinfín de conformación (14) para formar un elemento laminar húmedo (10), presentando las fibras de fabricación de papel una continuidad de retención de agua y teniendo el elemento laminar (10) una determinada anchura de la hoja; y

b) eliminar el agua sin compresión del elemento laminar (10) a partir de una continuidad posterior a la formación hasta una continuidad mínima de 70 por ciento de la continuidad de retención de agua a una velocidad de la máquina de 2500 pies por minuto (13 m/s) o superior haciendo pasar aire a través del elemento laminar (10), de manera que el aire que pasa a través del elemento laminar (10) tiene una temperatura menor de unos 300 grados Fahrenheit (150ºC).

2. Método, según la reivindicación 1, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión utilizando aproximadamente 30 o menos caballos de potencia por pulgada de anchura de la hoja (0,9 kW/mm).

3. Método, según la reivindicación 1, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión utilizando aproximadamente 25 o menos caballos de potencia por pulgada de anchura de la hoja (0,72 kW/mm).

4. Método, según la reivindicación 1, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión utilizando aproximadamente 15 o menos caballos de potencia por pulgada de anchura de la hoja (0,43 kW/mm).

5. Método, según la reivindicación 1, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión utilizando aproximadamente 13 o menos caballos de potencia por pulgada de anchura de la hoja (0,35 kW/mm).

6. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión desde una continuidad después de la conformación hasta una continuidad mínima de 75 por ciento de la continuidad de retención de agua.

7. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión desde una continuidad después de la conformación hacia una continuidad mínima de 80 por ciento de la continuidad de retención de agua.

8. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión desde una continuidad posterior a la conformación hasta una continuidad de 30 por ciento o superior.

9. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión desde una continuidad posterior a la conformación hasta una continuidad de 33 por ciento o superior.

10. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión desde una continuidad posterior a la conformación hasta una continuidad de 35 por ciento o superior.

11. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento laminar (10) es sometido a eliminación de agua sin compresión desde una continuidad posterior a la conformación hasta una continuidad de 39 por ciento o superior.

12. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el consumo total de energía en la etapa de eliminación de agua sin compresión del elemento laminar (10) es menor de 1000 BTU/libras (2,3 MJ/kg) de agua eliminada.

13. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

c) transferencia del elemento laminar húmedo a un cilindro de secado; y

d) secado del elemento laminar hasta sequedad final.

14. Método, según la reivindicación 13, en el que el agua eliminada, después de que el elemento laminar (10) ha alcanzado una continuidad de 20 por ciento hasta inmediatamente antes del contacto con el cilindro de secado, es eliminada utilizando menos de 1000 BTU/libras (2,3 MJ/kg) de agua eliminada.

15. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el aire que atraviesa el elemento laminar (10) tiene una temperatura menor de unos 150 grados Fahrenheit (66ºC).

16. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento laminar (10) tiene un peso base aproximado de 100 gramos por metro cuadrado o menos.

17. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la continuidad después de conformación está comprendida entre 9 y 13 por ciento aproximadamente.

18. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la eliminación de agua sin compresión del elemento laminar (10) es conseguida con una prensa de aire (200), cuya prensa de aire (200) tiene una cámara de aire (202) y una caja de vacío (204) estanqueizadas de manera que la totalidad del aire alimentado a la prensa de aire (200) pasa a través del elemento laminar (10).

19. Método, según la reivindicación 18, en el que la prensa de aire (200) funciona a una relación de presión de 3 o menos.

20. Método, según la reivindicación 18 ó 19, en el que la prensa de aire (200) funciona con un caudal de aire de 100 o más pies cúbicos estándar por minuto y por pulgada cuadrada (7,3 m^{3} por segundo y por metro cuadrado) de área abierta.

21. Método, según la reivindicación 18, 19 ó 20, en el que la eliminación sin compresión del elemento laminar (10) comprende además una o varias cajas de vacío (20) situadas más arriba de la prensa de aire (200).

22. Método, según la reivindicación 21, en el que las cajas de vacío (20) funcionan a menos de 15 pulgadas de columna de mercurio (51 kPa).