MEJORAMIENTO DE EXPERIMENTOS PARA UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE PAPEL TISSUE BASADO EN EL MODELAMIENTO MATEMÁTICO DE FIELTROS INVOLUCRADOS EN EL PROCESO DE PRODUCCIÓN

Título.  

MEJORAMIENTO DE EXPERIMENTOS PARA UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE PAPEL TISSUE BASADO EN EL MODELAMIENTO MATEMÁTICO DE FIELTROS INVOLUCRADOS EN EL PROCESO DE PRODUCCIÓN

Objetivo

General: Desarrollo de experimentos con base el modelamiento matemático (que dejó el pasante anterior) para los fieltros de las máquinas productoras de papel Tissue en los molinos MP6 y MP7 de la planta Cajicá del Grupo Empresarial Familia-Sancela.

Específicos:

• Evaluar el trabajo realizado en los molinos MP6 y MP7 por parte del anterior pasante en el seguimiento de estos.
• Analizar el trabajo de investigación realizado por el anterior pasante con respecto al modelado de los fieltros
• Apoyar en la generación de un modelo matemático de los fieltros en aras de mejorar el proceso de producción del papel
• Realizar seguimiento de las condiciones de funcionamiento y operación de las máquinas Crescent Former,  encargadas de la formación de las grandes rollas de papel Tissue, y en especial de los fieltros empleados en dichas máquinas.
• Apoyar a los diferentes proveedores de fieltros en la realización de las pruebas físico-mecánicas.
• Recolectar la información suministrada por los proveedores, producto de sus ensayos, para el seguimiento y enriquecimiento de la base de datos empleada en la generación de los modelos matemáticos.
• Crear el diseño de experimentos, enfocado en una investigación experimental de tipo confirmatoria.
• Validar el modelo matemático generado con la nueva información de las bases de datos
• Comparar los resultados de la investigación experimental con los resultados de la validación del modelo
• Mejorar el grado de correlación del modelo matemático existente considerando las no linealidades involucradas en el proceso además de nuevo factores (hechos fortuitos, hitos, variables de operación en el tiempo)
• Realizar trabajo de apoyo en el laboratorio de calidad, creando un plan de acción de seguimiento y control de materia prima en ingresa al molino MP6

ANTECEDENTES

El Grupo Familia-Sancela con su planta de producción en Cajicá, ha tenido la presencia de 4 ingenieros entre practicantes y pasantes en el área de producción las cuales han desarrollado diferentes trabajos a lo largo de sus permanencias dentro de la empresa. Inicialmente se comenzó por la caracterización de los fieltros empleados desde un punto de vista conceptual, generando un documento para el reconocimiento de todos los elementos involucrados en la formación del fieltro y su funcionamiento, seguido por un análisis económico del fieltro y la forma como la calidad de la materia prima tenía repercusiones en el fieltro. Por último se ha realizado el seguimiento del fieltro para la creación de una base de datos que tenga la información necesaria para la generación de un modelo matemático predictivo en aras de poder conocer el tipo de fieltro que sea necesario emplear estableciendo unas condiciones de operación determinadas.

A modo introductorio, el fieltro es uno de los elementos de más importancia en el proceso productivo del papel, pues es la vestidura encargada de transportar la hoja formada y entregarla al Yankee (rodillo secador) y a su vez recibir el agua que se extrae a la hoja durante el proceso de prensado. Adicionalmente, es un elemento que tiene un gran impacto en los costos de producción, razón por la cual se busca garantizar que éste tenga una vida útil entre unos 35-40 días bajo condiciones óptimas de operación que proporcionen a su vez una estabilidad al proceso productivo.

El seguimiento que se le ha ido realizando a los molinos ha permitido realizar el estudio de variables de operación directamente relacionadas con el buen funcionamiento del fieltro a partir del registro diario de consumos energéticos, de producción, de las condiciones de arranque y de operación de las Crescent Former (nombre propio de la máquina, en su conjunto, encargada de la transformación de la pulpa en las hojas de papel Tissue). Así mismo las mediciones periódicas realizadas por los proveedores de los fieltros semanalmente ( perfil de humedad, perfil de permeabilidad en agua, permeabilidad dinámica (paso de aire), calibre, tensión y condiciones de operación como temperatura de las campanas del secador, presión de vapor, presión de succión de la prensa, presiones de las cajas de vacío, acondicionamiento, etc) son objeto de análisis, y aportan la información necesaria para el desarrollo de una herramienta matemática que permita estandarizar las condiciones de operación del fieltro y mejorar y “optimizar” el proceso productivo de los grandes rollos de papel.

ESTADO DEL ARTE

El proceso de producción de papel higiénico (papel Tissue), inicia con la preparación de la pasta, donde la materia prima (papel reciclado tipo archivo nacional, papel reciclado importado, periódico, plastipulp, pulpa virgen) es mezclada con agua a una temperatura determinada en tanques de mezclado denominados Pulper, donde se descomponen las fibras. De allí, la pasta de papel reciclado pasa a diferente procesos, empezando por el blanqueamiento (blanqueamiento oxidativo para MP6 y blanqueamiento oxidativo y reductivo para MP7), de centrifugación, filtrado y flotación con el objetivo de retirar al máximo las impurezas presentes. Después de un exhaustivo proceso de purificación la pasta está lista para pasar a los tanques de alimentación de la máquina papelera (Crescent Former) conformada principalmente por tres secciones: formación, prensado y secado.

[pic 1] 

El proceso de formación consiste en la distribución uniforme de fibras en el área de contacto formada entre la malla y el fieltro, a través de la inyección de pasta. La malla, tejido de monofilamentos de poliéster y materiales sintéticos, es un elemento fundamental en la zona de formación ya que con su estructura forma una lámina uniforme con las fibras y debido a la presión, a la gravedad y a la porosidad de esta, se drena el agua obteniendo una retención uniforme de fibras y con ello la formación de la hoja. En esta sección se retira aproximadamente el 96% del agua de suspensión de la hoja de papel.

La sección de prensado tiene como objetivo primordial remover de manera uniforme la mayor cantidad de agua posible presente en la hoja para que llegue a la zona de secado con una humedad mínima. De esta forma se disminuye el requerimiento energético en la operación posterior de secado. Adicionalmente se busca darle mayor resistencia mecánica a la hoja y maximizar la calidad de la misma suministrándole lisura superficial sin reducir su espesor.

Por último, en la sección de secado se extrae el agua restante con la que viene la hoja utilizando calor. El papel tissue al ser estructuralmente poroso permite una difusión de calor del aire a alta velocidad a  través del papel, el cual es adicionado por las campanas de secado (lado húmero y lado seco) y por el contacto existente entre la red fibrosa y la superficie del Yankee. Aunque el porcentaje de agua retirada en esta zona es casi nula respecto al agua retirada en los procesos de formación y prensado, los gastos que el secado conlleva pueden resultar incluso más elevados, debido al alto costo del vapor y demás costos energéticos que el funcionamiento del Yankee implica.

FIELTRO

Este puede ser definido como un tejido sin fin, que se compone de dos partes fundamentales que son el velo y la malla; con unas dimensiones específicas de largo y ancho según las necesidades de la máquina. Otras características importantes son su espesor, su resistencia y su permeabilidad, entre otras.

El espesor y fuerza de tensión, dependen de características como la permeabilidad y capacidad de desgote requerida en máquina, según la presión a la que sean sometidos y al tipo de papel a producir. El parámetro más importante que tiene un fieltro que trabaja a alta velocidad es la capacidad de manejar agua, tanto para absorberla como para retirarla de él, por tanto, son varios los factores que deben tenerse en cuenta en el diseño de un fieltro, como los diámetros de apertura, el tipo de hilo para el tejido de la base, el tipo de tejido, el número de bases, el gramaje de las capas y los tipos de velo agujados a la base, todo con el objetivo de cumplir con un peso básico de fieltro, el calibre, la permeabilidad, el grado de compactación (densidad), el volumen hueco, la resilencia y la distribución o uniformidad de la presión en el “NIP”.

Por otro lado, el fieltro está sometido a dos esfuerzos: la tracción debido al movimiento transmitido por la prensa al fieltro y la compresión debido al peso de los rodillos y a la presión aplicada entre ellos. Debido a las diferencias existentes entre estos esfuerzos, el tejido y las características de los hilos longitudinales y transversales son diferentes.

Funciones de un fieltro

  Funciones básicas

Las funciones de los fieltros se deben conseguir mediante un mínimo coste energético, expresado en la reducción del vapor requerido o en un aumento en la producción de la máquina, algunas de estas funciones son:

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