¿Qué causa la variación de crepado en dirección transversal en las máquinas de tisú y cómo contribuye el sistema de boquillas de pulverización?

La variación de crepado en dirección transversal (CD) —tejido con bandas alternas de crepé denso y abierto a lo ancho de la hoja— tiene múltiples causas, y el sistema de boquillas de pulverización de adhesivo de crepado es una de ellas, pero no siempre la principal. La contribución del sistema de boquillas a la variación de crepado en CD: peso de recubrimiento de adhesivo no uniforme a lo ancho del Yankee, causado por un gradiente de presión en un colector de alimentación de un solo extremo, posiciones de boquillas desgastadas o parcialmente bloqueadas, o distribución no uniforme del tamaño de gota si algunas boquillas están parcialmente obstruidas. Cada uno de estos produce un patrón sistemático en CD en la película adhesiva —algunas zonas de la superficie del Yankee tienen más adhesivo que otras— lo que crea zonas correspondientes de unión más fuerte y más débil entre la hoja y el Yankee. La cuchilla de crepado crepa estas zonas de manera diferente: las zonas con una unión más fuerte crepan con una relación de crepado más alta (mayor volumen, estructura más abierta, menor resistencia); las zonas con una unión más débil se liberan antes y crepan menos (menor volumen, estructura más compacta, mayor resistencia). El resultado es una variación en CD de la estructura del crepé que produce una variación en CD del gramaje, volumen, resistencia a la tracción y suavidad del tisú. Las causas de variación de crepado en CD no relacionadas con las boquillas que deben excluirse antes de atribuir el problema al sistema de pulverización: perfil de desgaste de la cuchilla de crepado (una sección de cuchilla desgastada crepa de manera diferente a las secciones adyacentes no desgastadas), variación de la temperatura de la superficie del secador Yankee (la variación de temperatura en CD afecta el estado de curado del adhesivo y la fuerza de la unión), y variación de la velocidad del chorro en CD de la caja de entrada (la no uniformidad de formación en CD crea variación en CD en las propiedades de la hoja antes del Yankee). Enfoque de diagnóstico: mida el peso de recubrimiento en múltiples posiciones a lo ancho del Yankee utilizando un método de análisis de depósito de sólidos (aplicando papel a la superficie del Yankee, retirándolo y analizándolo por gravimetría o espectroscopia) mientras el sistema de pulverización está funcionando —si el peso de recubrimiento es uniforme pero el crepado no lo es, la boquilla no es la causa.

¿Cuál es el tipo de boquilla correcto para la aplicación de adhesivo de crepado, atomización hidráulica o atomización por aire?

La elección entre boquillas de atomización hidráulica y de atomización por aire para la aplicación de adhesivo de crepado depende principalmente de la viscosidad del adhesivo a la temperatura y concentración de aplicación. Boquillas de atomización hidráulica (solo líquido, atomización a presión a 1–5 bar): funcionan bien para soluciones adhesivas de viscosidad baja a media, por debajo de 500 cP a la temperatura de la boquilla. Son mecánicamente más simples (no se requiere sistema de suministro de aire), tienen un costo de instalación más bajo y son más fáciles de limpiar. La limitación: a medida que la viscosidad aumenta por encima de 500–800 cP, las boquillas hidráulicas requieren una presión de suministro progresivamente más alta para lograr el mismo tamaño de gota; por encima de 1,500–2,000 cP, lograr un Dv50 por debajo de 150 µm con atomización hidráulica requiere presiones que pueden no ser compatibles con la química del adhesivo o el diseño del colector. Boquillas de atomización por aire (líquido + aire comprimido a 15–40 psi): logran un tamaño de gota más pequeño (50–100 µm Dv50) a una presión de suministro de líquido mucho más baja (0.5–2 bar) porque la energía de atomización proviene del aire comprimido, no de la presión del líquido. Esto las convierte en la opción correcta para grados de adhesivo viscosos (500–5,000 cP), sistemas adhesivos que son sensibles al cizallamiento (algunos grados de PVA se degradan en peso molecular cuando se fuerzan a través de orificios pequeños a alta presión) y aplicaciones donde el adhesivo debe mezclarse con otro producto químico en la cabeza de la boquilla. Las boquillas de atomización por aire requieren un suministro de aire comprimido (limpio, seco, sin aceite, típicamente de 15–40 psi a 1–5 SCFM por boquilla), y la relación aire-líquido debe controlarse para mantener el tamaño de gota objetivo; cambiar la concentración del adhesivo cambia su viscosidad, lo que cambia el tamaño de gota de una configuración de presión de aire fija. Recomendación práctica: si la viscosidad de su adhesivo de crepado a la temperatura de aplicación es inferior a 300 cP, la atomización hidráulica es más simple y efectiva. Entre 300 y 800 cP, ambas son viables; seleccione según su infraestructura existente (disponibilidad de aire comprimido, preferencia). Por encima de 800 cP, la atomización por aire es la especificación correcta.

¿Cómo deben aplicarse los productos químicos suavizantes a la pasta de tisú para asegurar una distribución uniforme en CD?

La distribución uniforme de los productos químicos suavizantes en la pasta de tisú requiere tanto la selección correcta del punto de adición como la configuración correcta de la boquilla en el punto de adición. Selección del punto de adición: los mejores puntos de adición son aquellos donde la pasta se encuentra en un flujo turbulento y bien mezclado antes de llegar a la caja de entrada; típicamente, la tubería de salida de la bomba de ventilador, el cabezal de aceptación del criba de presión o la entrada del distribuidor de flujo de aproximación de la caja de entrada. La adición de suavizante al cofre de la máquina o al pozo de la malla proporciona un tiempo de mezcla insuficiente y una turbulencia insuficiente para una dispersión uniforme a través de la corriente de pasta antes de la formación en la caja de entrada. La caja de entrada en sí misma no es un buen lugar de mezcla; la adición de productos químicos en la entrada de la caja de entrada puede crear gradientes de concentración en el chorro de la caja de entrada que producen variación en CD en la hoja formada. La adición de suavizante en la salida de la bomba de ventilador en una zona de tubería turbulenta (número de Reynolds superior a 10,000, típicamente cualquier velocidad de tubería superior a 1-2 m/s en diámetros de tubería de sistema de aproximación típicos) proporciona de 10 a 30 segundos de mezcla turbulenta antes de la caja de entrada, lo que es suficiente para la mayoría de los sistemas de agentes desaglomerantes. Configuración de la boquilla en el punto de adición: una boquilla de inyección de un solo punto en una tubería crea una pluma de concentración que se dispersa a través de la difusión turbulenta; efectiva para tuberías de diámetro pequeño (inferior a 200 mm) donde la pluma cruza toda la sección transversal de la tubería dentro de la longitud de mezcla disponible. Para diámetros de tubería más grandes (superiores a 300 mm) o cuando la longitud de mezcla es corta, un colector de inyección multipunto que abarca toda la sección transversal de la tubería (colector de anillo con 3-6 boquillas de inyección) logra una dispersión más rápida y uniforme. Las boquillas de atomización por aire para agentes suavizantes viscosos producen gotas más pequeñas que se dispersan más rápidamente que los chorros de líquido individuales, una ventaja clave para los suavizantes de polisiloxano a 5,000-50,000 cP que resisten la ruptura en flujo turbulento como un gran glóbulo líquido.

¿Qué requisitos de la NFPA se aplican a la supresión de polvo de tisú y qué diseño de sistema de pulverización los cumple?

Las líneas de conversión de papel tisú generan polvo de fibra de celulosa y relleno durante las operaciones de corte, estampado, bobinado y hendido; este polvo cumple con la definición de la NFPA de polvo combustible (concentración explosiva mínima inferior a 500 g/m³, energía mínima de ignición inferior a 1.000 mJ). La NFPA 652 (ediciones de 2016 y posteriores) exige a las instalaciones que manejan polvo combustible que realicen un Análisis de Riesgos de Polvo (DHA) de todas las operaciones donde el polvo combustible puede acumularse o suspenderse en el aire. La NFPA 654 establece los requisitos específicos para la fabricación y conversión de sólidos particulados combustibles. Los umbrales clave: un área se clasifica como Ubicación de Riesgo de Explosión de Polvo cuando las concentraciones de polvo combustible pueden alcanzar el 25% de la concentración explosiva mínima (MEC); para el polvo de tisú con una MEC ≈ 80 g/m³, el umbral es de 20 g/m³. Las operaciones de conversión de tisú de alta velocidad (cortadoras rotativas, sierras de troncos a más de 400 m/min) pueden generar transitoriamente concentraciones superiores a 20 g/m³ dentro de las campanas de las máquinas sin supresión. Un sistema de niebla de supresión de polvo cumple con los requisitos de control de polvo de la NFPA 654 cuando mantiene demostrablemente las concentraciones de polvo por debajo del 25% de la MEC en los lugares monitoreados dentro de la campana de la máquina. Los requisitos de diseño del sistema: boquillas de niebla fina (Dv50 de 15 a 40 µm) colocadas dentro de la campana de la máquina en los puntos de generación de polvo (cuchilla cortadora, hoja de sierra, punto de contacto de estampado), con activación bajo demanda a partir de monitores de concentración de polvo (contadores de partículas fotoeléctricos o láser en tiempo real que monitorean dentro de la campana). No se requiere una operación continua de la niebla y es contraproducente; la niebla continua en una línea de conversión introduce humedad en la hoja y el equipo. El sistema de supresión debe responder dentro de los 2 a 5 segundos de que el monitor de polvo alcance el punto de ajuste del activador. Posicionamiento de la boquilla: dentro de los 300 a 500 mm del punto de generación de polvo, apuntando a interceptar la corriente de aire cargada de polvo en el lugar de generación en lugar de intentar asentar el polvo que ya se ha dispersado en el volumen de la campana. Suministro de agua: agua desmineralizada o de ósmosis inversa para evitar la acumulación de cal en las boquillas de orificio fino (un Dv50 inferior a 30 µm requiere orificios con un diámetro inferior a 100 µm que se incrustan rápidamente con agua dura).

¿Cómo se mide el peso de recubrimiento del adhesivo de crepado Yankee y cuáles son los indicadores de una aplicación no uniforme?

Los métodos de medición del peso de recubrimiento del adhesivo de crepado en el Yankee varían desde simples indicadores operativos hasta técnicas analíticas de laboratorio, y el enfoque de monitoreo correcto utiliza ambos. Indicadores operativos de aplicación no uniforme del adhesivo: variación en dirección transversal (CD) en la estructura del crepé visible en la hoja (bandas alternas de crepé apretado y abierto), variación en CD en el gramaje del tisú medida por el escáner de gramaje de la máquina, patrones sistemáticos en CD de la resistencia a la tracción o el alargamiento en el enrollador, y patrones de desgaste de la cuchilla de crepado que muestran un desgaste acelerado en zonas específicas de CD (indicando una adhesión excesiva localizada). Estos son indicadores tardíos —aparecen después de que la no uniformidad ha estado presente el tiempo suficiente para producir efectos medibles en el producto. Métodos de medición directa del peso de recubrimiento: el método de campo más comúnmente utilizado es la prueba de depósito en la superficie del Yankee —presionar una toallita de laboratorio previamente pesada o una muestra de papel contra la superficie del Yankee con un tiempo y presión de contacto controlados, retirarla, secarla y volver a pesarla para calcular el peso del depósito por unidad de área. Realizar esto en 5 a 7 posiciones a lo ancho del Yankee en el mismo punto del ciclo de aplicación del adhesivo proporciona un perfil de peso de recubrimiento en dirección transversal. El objetivo de uniformidad es de ±3% de la media a lo ancho de todo el Yankee —las posiciones fuera de este rango indican no uniformidad del flujo de la boquilla, bloqueo parcial de la boquilla o gradiente de presión del colector. Medición más precisa: espectroscopia infrarroja de los depósitos en la superficie del Yankee (requiere muestreo de laboratorio) o adición de un trazador fluorescente a la solución adhesiva (permite la medición in situ mediante un escáner de fluorescencia UV a lo ancho del Yankee). Si las mediciones del peso de recubrimiento muestran un gradiente sistemático de un borde al otro (no una variación aleatoria), la causa es casi con certeza un gradiente de presión del colector debido a la alimentación de un solo extremo —implementar la alimentación del colector con retorno en bucle. Si la no uniformidad es periódica con un espaciado que corresponde al paso de la boquilla, una o más posiciones de la boquilla tienen un bloqueo parcial o desgaste —reemplace todo el juego de boquillas del colector.