Optimización de dosificación de químicos catiónicos en la máquina papelera por medio de estudios basados en el Potencial Z, la demanda de carga y la conductividad

RESUMEN.

Para PAPELSA es importante elaborar papel de la mejor calidad y que a su vez en la elaboración no se atente con el medio ambiente, es por esto que PAPELSA solo trabaja con cartón reciclado para la elaboración de papel, pero para poder obtener los estándares de calidad requeridos es necesario la dosificación de químicos que ayuden en la obtención de un papel con los mejores estándares de calidad en el mercado.

La razón para realizar este proyecto fue optimizar el consumo de todos los productos químicos catiónicos que tuvieran que ver con la producción del papel en la parte humedad de la máquina, ya que si se estudia la dosificación más productiva se puede lograr una producción más limpia con el medio ambiente y elaborar un papel de mejor calidad en el mercado.

El estudio se basa en tomar muestras de pulpa en diferentes puntos de la máquina; los puntos son seleccionados dependiendo de donde se dosifican los diferentes químicos catiónicos a través del proceso. A cada muestra se le halla el potencial zeta la demanda de carga y la conductividad, esto se hace con el fin de relacionar las propiedades entre sí, y así poder llegar a tomar decisiones sobre que químicos hacen variar cada una de estas mediciones. Al final se puede concluir que el potencial zeta y la demanda de carga si varían mucho dependiendo de la dosificación de los químicos, pero sin embargo estas propiedades se pueden controlar de manera más directa en el proceso, mientras que la conductividad no es posible alterarla directamente o inmediatamente como si se puede hacer con el potencial zeta y la demanda de carga.

Por medio de este proyecto se redujo la cantidad de rollos reclasificados y se conserva mejor la calidad del papel, también se pudo evaluar la forma de adquirir el zeta meter, equipo encargado de la medición del potencial zeta.

ABSTRACT 

For PAPELSA it is important to elaborate paper of the best quality and that in turn in the production is not attempted by the environment, is for this that alone PAPELSA works with carton recycled for the production of paper, but to be able to obtain the qualit standards needed there is necessary the chemists’ dosing that they help in the obtaining of a paper with the best standards of quality on the market.

The reason to realize this project is to optimize the consumption of all the chemical cationic products that have to see with the production of the paper in the part dampness of the machine, since if the most productive dosing is studied it is possible to achieve a cleaner production with the environment and elaborate a paper of better quality on the market.

The study is based in taking samples of flesh in different points of the machine; the points are selected depending wherefrom the different cationic chemists are dosed across the process. To every sample zed is situated potentially the demand of load and the conductivity, this is done in order to relate the properties between if, and this way to be able to manage to take decisions on which chemical there make change each of these measurements. Ultimately it is possible to conclude that potential zed and the demand of load if they change very much depending on the dosing of the chemists, but nevertheless these properties can be controlled in a more direct way in the process, whereas the conductivity is not possible to alter it directly or immediately as if it is possible to do with potentially zed and the demand of load.

By means of this project there diminished the quantity of reclassified rolls and the quality of the paper remains better, also it was possible to evaluate the way of acquiring the zeta to put, equipment in charge of the measurement of potentially zed

INTRODUCCIÓN 

La empresa PAPELSA es una compañía que inicio en 1970 con el nombre de Productora de celulosa  S.A – PROCECOLSA, cuya razón principal era fabricar pulpa para el mercado nacional papelero, en 1978 PROCECOLSA realizo el montaje de la planta Molino y de la planta Corrugador y se arrancó con la producción de papel kraft liner y corrugado medio y cajas de cartón corrugado regulares y tubos. Inicialmente la empresa pertenecía a la organización Ardila Lule, y en el año 1998 la compro el grupo Smurfit Kappa (SKG), el cual es líder en Europa y América Latina en cartón corrugado.

El objetivo principal del proyecto es hacer una caracterización de las medidas electroquímicas (conductividad, demanda de carga, potencial Z) del circuito de aproximación de una máquina papelera con el fin de optimizar el consumo de químicos catiónicos y así poder utilizar las raciones más mínimas de productos químicos en la producción de papel.

El significado de este estudio nos ha llevado a conocer mucho más sobre la química del papel, ya que si se tiene un buen conocimiento sobre esta área se puede mejorar la producción papelera en un 30% y tener un mejor control en la química del papel. El estudio se realiza en el patio de materias primas y en toda la máquina papelera. Se utilizan el laboratorio de materias primas y el laboratorio de control procesos. Se desea hallar dónde los químicos catiónicos están saturando la fibra, o dónde no están actuando; si los químicos catiónicos están procediendo a actuar de una manera no deseada. También se puede verificar si los refinadores no operan de la forma más eficiente.

1.     OBJETIVOS

1.1        OBJETIVO GENERAL

Hacer una caracterización de las medidas electroquímicas (conductividad, demanda de carga, potencial Z) del circuito de aproximación de una máquina papelera con el fin de optimizar el consumo de químicos catiónicos.

1.2        OBJETIVOS ESPECÍFICOS

  • Adquirir el conocimiento sobre la operación de un refinador, cuál es el fin de éste y saber cuándo está operando en perfectas condiciones.  Entender cómo influye este equipo sobre el potencial Z.
  • Hallar qué relación existe entre el potencial Z, la demanda de carga y la conductividad, haciendo mediciones de cada una, para obtener resultados que lleven a producir un papel con mejor calidad.
  • Disminuir el consumo de químicos catiónicos, midiendo propiedades mecánicas que evalúan la calidad del papel para optimizar el consumo de estos productos.

2.     MARCO TEÓRICO 

2.1.      RESEÑA HISTÓRICA DE LA EMPRESA PAPELSA. [4]

El 24 de Julio de 1963 se estableció la empresa CIPRESES DE COLOMBIA, con el fin de llevar a cabo un plan de reforestación con el objetivo de proteger las cuencas hidrográficas del Departamento de Antioquia. Sus principales dueños eran los reforestadores. En 1965 se estableció la empresa INDUSTRIAS FORESTALES DOÑA MARÍA, con el objeto principal con el objeto principal de reforestar la cuenca  de la quebrada Doña María para proteger las aguas que llegaban a Cervecería Unión y Coltejer. Sus dueños eran Coltejer, Cervecería Unión, entre otros.

En 1970, paralelo a CIPRESES DE COLOMBIA  e INDUSTRIAS FORESTALES DOÑA MARÍA se creó una nueva empresa llamada PRODUCTORA DE CELULOSA S.A. PROCECOLSA”, cuya razón principal era aprovechar los recursos madereros de estas dos compañías,  fabricando pulpa para el mercado nacional papelero. Los socios principales fueron Coltejer y Cervecería Unión. Su primer gerente fue Jorge Eduardo Cock Londoño.

En Julio de 1973, PROCECOLSA arrancó la producción de pulpa químico mecánica al sulfito (de sodio). En ese entonces,  no se encontró un mercado muy bueno y se hizo el cambio para producir pulpa kraft (con soda cáustica). En vista de que el medio estaba difícil,  se buscó ayuda de gobierno y éste le fijó cuotas de compra de la pulpa de PROCECOLSA a las Compañías papeleras a nivel nacional. Lo anterior con el compromiso de que PROCECOLSA más adelante, se integrara verticalmente (es decir que montara la Planta del Molino y de Corrugado) con el fin de expandirse a productos de mayor valor agregado.

En 1978, se hizo el montaje de la Planta del Molino y la Planta de Corrugado y se arrancó con la producción de papel kraft liner y corrugado medio y cajas de cartón corrugado regulares y tubos, siendo Gerente de PROCECOLSA Luís Carlos Uribe, Jefe de Planeación Luís Alfonso Hoyos y Administrador de la planta Carlos Restrepo Wolff; luego fue Gerente Federico Uribe y posteriormente Diego Mejía. En este momento, la Organización Ardila Lule decidió crear otra empresa para las Plantas de Molino y Corrugado denominada PAPELSA y entró como Gerente de Papelsa Humberto Restrepo.

En 1989, se hizo el montaje y se inició el arranque de la Planta Recuperadora de Soda Cáustica con el objeto de recuperar la soda generada en el proceso y a su vez descontaminar las aguas del río Medellín.

En 1995, Papelsa compra la Planta de Corrugado Bogotá para brindarles una atención más oportuna a los Clientes de ésta zona. El 26 de noviembre de 1997, como primer logro de la implementación del Sistema de Calidad para la línea de cajas de cartón corrugado, PAPELSA OBTUVO SELLO ICONTEC de conformidad con la NTC 452 para cajas de cartón corrugado pared sencilla y NTC 1202 para cajas de cartón corrugado pared doble.

 

En el 2000, las instalaciones industriales de Papelsa se encuentran ubicadas en  Barbosa, Antioquia, donde están las Plantas de Pulpa y Recuperación, Molino y una de Corrugado. Adicionalmente, en Fontibón, Cundinamarca se localiza la segunda Planta de Corrugado. La capacidad instalada en la Planta de Pulpa es de 18.000 toneladas al año. La pulpa producida es utilizada como materia prima de la planta de Molino, la cual está en capacidad de producir 43.000 toneladas al año de liner y corrugado medio en diferentes gramajes y papel para sacos. Los dos primeros, utilizados para la fabricación de cartón corrugado y el último, utilizado en la industria azucarera y cementera del país. Así mismo, para satisfacer las necesidades de fibra, esta Planta  requiere utilizar como fuente alterna un alto porcentaje de material reciclado.

 

En 2008, se implementa un nuevo proyecto llamado OCC, con el cual mejoran la producción de papel con pulpa reciclable. Actualmente la empresa pertenece al grupo Smurfit Kappa, siendo Gerente General de PAPELSA S.A Julián Sánchez Destouesse y Gerente de Planta Luís Fernando Tirado Gallego.

 

En 2009, con el fin de mantener el liderazgo en el sector, promover el respeto al medio ambiente, garantizar la salud y la seguridad de todos los trabajadores, así como satisfacer a sus clientes, PAPELSA está comprometida con un Sistema Integrado de Gestión de Calidad, Medio Ambiente, Seguridad Industrial y Salud Ocupacional.

 

En enero de 2009 PAPELSA inició el proceso de certificación FSC para las Plantas Molino y Corrugador Barbosa, así como para la Planta de Corrugado Bogotá, cuyos estándares permitirán garantizarle al cliente que el material utilizado en la fabricación de las cajas, proviene de una gestión ambiental responsable.

 

El Grupo Smurfit Kappa (SKG) es una potencia mundial en el documento basado en los envases con posiciones de mercado líder en Europa y en América Latina.
With sales in 2008 in excess of € 7 billion and around 40,000 employees, the Smurfit Kappa Group is a focused player in paper based packaging. Con unas ventas en 2008 de más de € 7 millones de dólares y alrededor de 40.000 empleados, el Grupo Smurfit Kappa es un jugador concentrado en base de papel de embalaje. Es el líder europeo en cartón corrugado, cartón compacto, sólido y corrugado cartón para envasar y tiene una posición clave en el envasado y varios otros segmentos del mercado de papel, incluida una tarjeta capturadora, papel para sacos y sacos de papel. Es un líder del mercado de corrugado en América Latina y ocupa la posición número dos en cartón corrugado allí.

 

Smurfit Kappa Cartón de Colombia es el mayor productor de papeles y empaques del país, con ventas anuales durante el 2008 de $688.328  millones. Somos una Compañía integrada desde la semilla del árbol hasta la fabricación de empaques; tenemos operaciones en las cuatro principales ciudades del país y nuestras acciones están inscritas en la bolsa de valores.

 

 

2.2   PLANTA MOLINO [4]

 

 

El proceso empieza en los batidores donde se desintegran la materia prima (papel reciclable y DCP – Desperdicio Corrugado Papelsa) sacando la fibra y pasando esta por la planta de OCC que es la encargada de la limpieza del cartón reciclado, luego la pulpa se mezcla con una serie de químicos y se eliminan las impurezas realizando procesos de cocimiento aplicando diferentes combinaciones según el tipo de pulpa a producir, luego la pulpa final se lleva a la mesa de formación.

 

De la mesa de formación donde como su nombre lo dice,  se forma el papel, éste pasa a las prensas donde se extrae la mayor cantidad de agua posible, de allí pasa el papel al tren de secado conformado por cinco secciones de secado de vapor, este último proveniente de la caldera unión, allí se seca el papel hasta tener la humedad óptima y salen rollos de papel de aproximadamente 3.2m de ancho y su peso es cercano a 7 toneladas. Estos rollos finalmente pasan a la máquina Gorostidi donde se rebobina y corta el papel formando nuevos rollos con las medidas solicitadas por el cliente y otros rollos sobrantes que pasan a la maquina Web Welder para ser unidos y obtener otro rollo de mayor ancho.

2.3.      TIPOS DE PAPEL [4]

 

 

2.3.1.         Corrugado medio

 

 

Papel que va en el intermedio del cartón su principal propiedad es que debe tener muy buena resistencia a la compresión vertical y horizontal.

 

Corrugado medio 066 tiene un gramaje de 130 g/m2.

Corrugado medio 086 tiene un gramaje de 160 g/m2.

 

 

Tabla 1  Parámetros que se miden en el corrugado medio

 

 

Equivalencias con el cartón

 

CFC, RCV (resistencia a la compresión vertical).

CMT, RAH (resistencia al aplastamiento horizontal).

Apresto, resistencia a la penetración del agua, si el apresto es alto el número cobbs es bajo. Alta resistencia a la penetración del agua.

 

 

 

 

 

 

2.3.2.         Bogus 120

 

 

Papel que va en el intermedio del cartón, este tipo de papel es de menor propiedad de resistencia que el corrugado medio, también va como separador en el interior de las cajas. El gramaje es de 120 g/m2.

 

 

Tabla 2  Parámetros que se miden en el Bogus 120

 

 

 

2.4. PRUEBAS MECÁNICAS REALIZADAS AL PAPEL [4]

 

 

2.4.1.    Gramaje de papeles y cartones

 

 

–        Alcance

 

Este método aplica para todos los papeles y cartones.

 

 

–        Principio

 

Gramaje: es la masa de la unidad de superficie del papel o cartón expresada en gramos por metro cuadrado.  Esta medida es importante ya que de la misma depende la regulación de la pasta de papel en la máquina y porque los papeles y cartones se venden y se compran de acuerdo con su masa por unidad de área.  Además, muchas de las propiedades físicas como la resistencia a la explosión, espesor y volumen son interpretadas y especificadas con respecto al gramaje.

 

 

–        Equipos

 

 

 

6. PROCEDIMIENTO

 

 

 

  • Cortadora muestras de ft2  TMI
  • Balanza con precisión de 0.01 g.

 

 

–        Preparación de piezas de ensayo

 

Cortar 8 piezas de ensayo de 1 ft2.   Para calcular el gramaje en el paso de cola: Cortar una pieza de ensayo de una medida precisa indicada por la empresa.

Pesar las piezas de ensayo o una pieza de ensayo para calcular el gramaje en el paso de cola: Colocar la balanza en ceros, tarar la balanza con el peso del gancho sujetador de piezas de ensayo, sujetar los papeles con el gancho y luego pesar.

Registrar el valor en gramos.

Reportar el valor en g/m2.

 

 

 

2.4.2.   CFC (Platina Rígida) Método Analítico

 

 

–        Alcance

 

Esta  prueba  evalúa  la  capacidad  de  un  corrugado  medio  para contribuir a  la resistencia a la compresión de una caja.   Este es un  procedimiento  para  medir  la  resistencia  a  la compresión  de una tira de  corrugado  medio ondulada  en  el  laboratorio, en una dirección paralela a las flautas.

 

–        Principio

 

Este método ofrece una alternativa para medir la rigidez de borde con la prueba de Ring Crush de acuerdo con la Tappi 818 o con la prueba de STFI de acuerdo con la Tappi 826.  La rigidez tiene relación  con  el  aporte  que  la  resistencia  a  la  compresión  del corrugado  medio  hace  a  la  resistencia  a  la  compresión vertical del cartón.

 

 

–        Equipos

 

  • Cóncora: Consiste  de  un  par  de  discos  engranados,  de flauta  tipo  A,  termostáticamente  controlados  a  una  temperatura  determinada.
  • Equipo de compresión: está dotado de dos platinas, una rígida  y  una  móvil,  con  área  un área definida cada una.    Las  platinas  no deben  tener más de 0.05  mm  de movimiento  lateral y la platina fija, no más de 0.15 mm de movimiento vertical cuando la carga aplicada está entre 0 y 560 lbf.  Tiene una capacidad de 1000 lbf. Permite  el  movimiento  de  la  platina  móvil  para  conseguir  una separación inicial  de  al  menos  unos milímetros.   Dentro  de un rango de separación de las platinas determinado y un rango de carga de unas lbf, la velocidad de la platina móvil puede ser controlada en un intervalo de mm por minuto. El  equipo  cuenta  con  medidor  e  indicador  de  la  máxima  carga soportada por la pieza de ensayo. Además posee un mecanismo indicador  que  puede  chequearse  exactamente  con  un  peso muerto,  una  celda  de  carga  o  anillo  de  prueba;  la  precisión requerida es de determinado porcentaje o de una cantidad de lbf, la que sea mayor.

 

  • Tablero de control
  • Portamuestras: consiste de una mordaza ondulada la cual hace presión y abre y cierra por medio de una palanca de mano.
    • Cortadora cóncora

 

 

–        Preparación de piezas de ensayo

 

Cortar unas piezas de ensayo una de cada ft2 en  la dirección  transversal  por  unos  milímetros  en  la  dirección longitudinal.

 

 

 

2.4.3.    Resistencia a la Tensión, TEA y Elongación

 

 

–        Alcance

 

Este método aplica para todos los papeles y cartones. Por ejemplo: Liner Kraft y Papel Kraft Otros Usos.

 

 

–        Principio

 

Este método describe un procedimiento para determinar, las tres propiedades de los papeles y cartones asociadas a la rotura por tensión: resistencia a la tensión, elongación y absorción de la energía de tensión.

 

Resistencia a la tensión: es la máxima fuerza de tensión desarrollada en una pieza de ensayo, en una prueba de tensión llevada hasta la ruptura, bajo condiciones preestablecidas. La resistencia a la tensión es la fuerza por unidad de ancho de la pieza de ensayo. Depende de factores tales como: resistencia, longitud y las uniones de las fibras; puede utilizarse para deducir información acerca de estos factores, especialmente cuando se usa como un índice de resistencia a la tensión. Para propósitos de control de la calidad, la resistencia a la tensión se utiliza como un indicador del potencial de servicios de muchos papeles.

 

Elongación: es el máximo estiramiento por tensión desarrollado en la pieza de ensayo antes de la ruptura, en una prueba de tensión llevada hasta el rompimiento, bajo condiciones preestablecidas. El estiramiento o porcentaje de elongación se expresa como un porcentaje, es decir 100 veces la relación del incremento en longitud de la pieza de ensayo a la distancia original del ensayo. La elongación indica la capacidad del papel para ajustarse a un perfil deseado, o resistir a una fuerza de tensión no uniforme. Esto debe considerarse importante en todos los papeles, pero es de particular importancia en papeles donde las propiedades de esfuerzo – estiramiento se modifican o controlan.

 

Absorción de la energía te tensión (TEA): es el trabajo hecho cuando una pieza de ensayo es forzada a romperse por tensión bajo unas condiciones preestablecidas, cuando se mide como la integral de la resistencia de tensión sobre el rango del estiramiento por tensión, desde cero hasta el punto de máximo estiramiento. El TEA se expresa como energía por unidad de área (distancia del ensayo por ancho) de la pieza del ensayo. La absorción de la energía de tensión es una  medida de la capacidad del papel para absorber energía (a la rata de estiramiento del equipo de ensayo) e indica la durabilidad del papel cuando se somete a esfuerzo o estiramiento repetitivo o dinámico. La absorción de la energía de tensión expresa la resistencia del papel.

 

 

–        Equipos

 

  • Monitor Tensi-100 marca TI modelo 84-21: el equipo de tensión posee dos mordazas de sujeción, cada una con una “línea de contacto” para sujetar la pieza de ensayo, con la línea de contacto perpendicular a la dirección de la carga aplicada y con medios para controlar y ajustar la presión de las mordazas. Las superficies de sujeción de las dos mordazas deben estar en el mismo plano y alineadas de tal manera que mantengan la pieza de ensayo en ese plano a través del ensayo. Las líneas de sujeción deben ser paralelas entre si dentro de un ángulo dado y no deben cambiar más de un determinado grado durante el ensayo. La fuerza de tensión aplicada debe ser perpendicular a las líneas de sujeción dentro de determinada tolerancia de grados, a lo largo del ensayo. La distancia entre las líneas de contacto al inicio del ensayo debe ser ajustable a unos milímetros para la distancia inicial especificada para la prueba.
  • Cortadora recta marca Buchelvan-ter modelo Korpurt International.

 

 

–        Preparación de piezas en ensayo

 

Para realizar el ensayo en la dirección transversal: Cortar unas piezas de ensayo, una de cada ft2, de unos centímetros de ancho en la dirección transversal y de unos centímetros de largo en la dirección longitudinal.

 

Para realizar el ensayo en la dirección transversal: Cortar unas piezas de ensayo, una de cada ft2, de unos centímetros de ancho en la dirección longitudinal y de unos centímetros de largo en la dirección transversal.

 

2.4.4.    CMT (Platina Rígida)

 

 

–        Alcance

 

Este método describe un procedimiento para medir la resistencia al aplastamiento de una tirilla de corrugado medio ondulada en el laboratorio y provee una forma de estimar la resistencia potencial al aplastamiento horizontal, de un cartón corrugado.

 

 

–        Principio

 

El  CMT  es necesario para prevenir  el aplastamiento de  la flauta en  el  corrugador,  permite  la  evaluación  del  corrugado  medio antes de convertirlo en cartón  y puede utilizarse como una base para evaluar la eficiencia del proceso.

 

 

–        Equipos

 

  • Cóncora: Consiste  de  un  par  de  discos  engranados,  de flauta  tipo  A,  termostáticamente  controlados  a  una  temperatura  dada.
  • El peine y la base tiene las siguientes características: base de 11 dientes y 10 valles; peine de 10 dientes.
  • Cinta adhesiva de unos milímetros de ancho.
  • Equipo de comprensión: está dotado de dos platinas, una rígida  y  una  móvil,  con  área  de  unos cm2  cada  una.    Las  platinas  no deben  tener más  de determinados  milímetros  de movimiento lateral y la platina fija, no más de determinados milímetros de movimiento vertical cuando la carga aplicada está entre un rango de lbf.  Tiene una capacidad de 1000 lbf.

Permite el movimiento de la platina móvil para conseguir una separación inicial de al menos unos milímetros. Dentro de un rango de separación de las platinas de unos determinados milímetros y un rango de carga de unas lbf, la velocidad de la platina móvil puede ser controlada en un rango de milímetros por minuto.

El  equipo  cuenta  con  medidor  e  indicador  de  la  máxima  carga soportada por la pieza de ensayo. Además posee un mecanismo indicador  que  puede  chequearse  exactamente  con  un  peso muerto,  una  celda  de  carga  o  anillo  de  prueba;  la  precisión  requerida es de un porcentaje o unas lbf dadas, la que sea mayor.

  • Tablero de control
    • Cortadora cóncora TMI

 

 

–        Preparación de piezas de ensayo

 

Cortar unas piezas de ensayo, una de cada ft2, de unos milímetros en la dirección  transversal  por unos milímetros en la dirección longitudinal.

 

 

 

2.4.5.    Humedad de Papeles y Cartones

 

 

–        Alcance

 

Este método aplica para determinar la humedad promedio de todos los papeles y cartones.

 

 

–        Principios

 

Humedad: La celulosa retiene parte del agua que se utiliza en el proceso de fabricación de la pasta de papel (entre un 5% y un 10%).  El papel se dilata o se contrae en función de la humedad del mismo y de la temperatura ambiente.  La humedad es entonces una característica importante porque tiene relación con la resistencia del papel, el encocamiento del mismo, la facilidad de imprimirlo, su estabilidad dimensional y la fractura del corrugado medio.

 

 

–        Equipos

 

  • Horno de secado a temperatura constante con control de temperatura (determinado número de grados ± 2) °C y libre acceso de aire.
  • Balanza de precisión de 0.01 g.
  • Cortadora recta marca Buchelvan-ter modelo Korput International.
  • Cronómetro.

 

 

–        Preparación de piezas de ensayo

 

Cortar unas piezas de ensayo, una de cada ft2, de determinados centímetros por determinados centímetros. (Valor determinado ± 2) % de Humedad Relativa, (Determinados grados ± 1) °C de Temperatura

 

 

 

2.5. MÁQUINAS DEL CIRCUITO DE APROXIMACIÓN [4]

 

 

2.5.1.    Circuito de Aproximación

 

 

Es la zona de la máquina en planta Molino, que se ubica previa a la zona de formación (Head Box, Mesa de formación) y después de la zona de preparación pasta. Los objetivos del circuito de aproximación son: Proporcionar la limpieza ultima a la pulpa antes de entrar a la mesa de formación, controlar la consistencia de la pulpa que entra al Head Box, garantizar la alimentación al Head Box y adicionar los productos químicos que garantizan una buena calidad del papel.

 

Policatiónico

Almidón

 

Almidón

 

Ilustración 1  Esquema del circuito de aproximación.

 

 

 

 

 

 

 

–        Descripción del circuito

 

 

La pulpa proveniente del tanque C3+C5, es enviada a la caja de nivel por medio de la P5 (1). La caja dosificadora de pulpa debe mantener un nivel constante, para esto existe un retorno (o rebose)(3) al tanque C3+C5 con el que se garantiza que el nivel se mantiene. Esto es necesario para evitar la distribución no uniforme de peso básico del papel a lo ancho de la mesa de formación. De la caja de nivel la pulpa baja por gravedad a la válvula de peso de control automático (4), ésta regula el flujo que debe pasar al silo para ejercer un control sobre el peso básico de la pulpa.

 

El silo (5) ejerce una dilución sobre la pulpa que va hacia la bomba P6 (6). Al silo se le adiciona biocida y antiespumante. La tubería de succión de la bomba P6, toma la pulpa y la bombea hacia el cedazo Tampella (8). En la tubería de succión (9) de la P6 dependiendo del papel que se este produciendo se adiciona solamente Sulfato de aluminio y resina si se esta produciendo papel Liner Kraft o Bogus 120 encolado, y para todos los papeles en general se adicionan Almidón y policatiónico LMW.

El Tampella clasifica la pulpa en dos flujos: aceptado (10) y rechazo (11). El primero se conduce al Head Box (12) y el rechazo hacia el cedazo PS4 (13).

El cedazo PS4 efectúa una limpieza secundaria dentro del circuito y también clasifica la pulpa en aceptado (14) y un rechazo (15). El aceptado es un flujo que retorna al silo y el rechazado es conducido a un tanque.

 

 

 

 

2.5.2.    Operación de los Refinadores

 

 

–        Conceptos básicos de del equipo

 

El refinador es un equipo encargado de realizar una acción mecánica  sobre la fibra celulósica, con el fin de modificar su estructura físico-química en aras de desarrollar las propiedades físicas de éstas para el proceso de fabricación del papel. Entre las características que se desean modificar al papel por medio de la refinación de la fibra se encuentran: la resistencia al rasgado, la explosión, la tensión, resistencia a la compresión, encolado, opacidad, densidad, porosidad,  etc.

 

El proceso de refinación se lleva a cabo principalmente mediante la combinación de dos efectos, que son: Corte, y fibrilación de fibras. Ambos procesos se dan debido a las acciones de tensión, enrollado y retorcimiento de las fibras, al pasar éstas  entre las barras y canales, situados en la superficie de los platos (o cuchillas) del refinador.

 

En el corte de fibras, éstas pierden longitud y se producen pequeñas partículas llamadas finos, que son elementos separados de las capas externas y fibrillas desprendidas.

 

En la fibrilación, se rompen y eliminan las paredes primaria y secundaria externa de la fibra, lo que permite la penetración de agua en el interior de la misma, provocando su hinchamiento y posibilitando la fibrilación interna, a la vez que se realiza la fibrilación externa cuando las fibrillas salen de las capas más internas a través de los agujeros de las capas externas.

Los refinadores utilizados para nuestro caso son del tipo doble disco, que tienen como características la refinación a  baja consistencia y son utilizados en las últimas etapas de refinado.

 

 

 

2.5.3.    Operación del Head Box

 

 

–        Conceptos básicos del equipo

 

El Head Box o caja de cabeza de máquina (también conocida como caja de entrada) tiene como función tomar la pasta suministrada por la bomba de dilución (Fan Pump) y transformar el flujo que circula por la tubería en un flujo uniforme , rectangular , del mismo ancho que la máquina de papel y con una velocidad uniforme en dirección máquina.

 

 

–        Principio de funcionamiento

 

La pasta proveniente del Cedazo Tampella entra al cabezal (Head Box) a través del repartidor de entrada (16).  La bomba Fan Pump (P6)  es el equipo encargado de impulsar el flujo hacia la caja. La velocidad  de flujo de la pasta debe ser igual en cada orificio del bloque del múltiple. Esto se obtiene controlando la cantidad del flujo recirculado.  La pasta contenida en la caja de entrada es controlada por un lazo de control, que mantienen una cabeza de presión objetivo.  Posteriormente la  pasta es entregada a la mesa de formación por medio de una ranura conformada por dos labios (superior e inferior). El labio superior es móvil, el inferior es estático. La ranura presenta una serie de ajustes con lo que es posible variar  el ángulo de salida  del chorro de la pasta.

 

 

–        Operación del equipo

 

La operación del Head Box está dada mediante el control de dos variables directas: Presión y Niv en las cuales inciden en la velocidad del chorro que sale por el labio. Esta velocidad se define como:

Donde Cv  es el coeficiente de descarga (CV = 1,022), g la aceleración de la gravedad (g = 9,8 m / s 2  ) y PT   es la presión total (en m) al interior del Head Box.  Para valores de velocidad en ( m / min) , ésta fórmula se reduce a:

con PT   en (in H2O).

 

 

  • Lazo de control: Un transmisor de presión total envía una señal electrónica desde el Head Box a un Indicador / Controlador “Damatrol”. Este indicador, de acuerdo al nivel objetivo, corrige el error y ordena a la válvula de salida de aire que modifique su apertura y libere el aire para mantener el nivel de la caja en un valor constante. La válvula de entrada de aire mantiene un valor constante de apertura  en toda la operación. El Measurex recibe la indicación de presión de la caja para comparar la variable de acuerdo al valor indicado necesario para mantener una relación  Chorro /  Tela de operación constante. El controlador Measurex hace los ajustes necesarios por medio de la variación de las revoluciones de la bomba de dilución Fan Pump (P6) para mantener la velocidad del chorro consignada y determinada por el valor Chorro / Tela.

 

 

  • Ajustes

 

Labio superior

 

Ajuste horizontal

El ajuste se hace mediante un motor eléctrico controlado por los paneles, o una manivela.

 

El movimiento permisible es un rango de milímetros. La posición original del labio de perfil está en la vertical del  centro del rodillo de pecho. Un interruptor limitante detiene el movimiento del labio después que se haya movido a cualquiera de sus posiciones extremas. Cuando se mueve el labio en forma manual, obstáculos mecánicos actúan como límites.

 

La posición del labio horizontal se puede leer en la escala del lado operador. La lectura horizontal, se lee de 0 mm  a 40 mm a partir de la vertical en la que coinciden los bordes de ambos labios.

 

 

Ajuste vertical

El ajuste también se hace mediante un motor eléctrico o manivela. El labio superior está en la posición original cuando la apertura está a unos milímetros y la ubicación horizontal  está a otros milímetros del borde  del delantal o labio inferior. El movimiento permisible es de (+) una cantidad de milímetros(ascendente) y (-) una cantidad de milímetros (descendente).

En los límites extremos, el motor se detiene mediante un interruptor limitante. Los ajustes manuales tienen límites mecánicos. La lectura vertical, se lee, de 20 mm a 50 mm a partir del borde del labio inferior.

 

 

Ajuste vertical del perfil (Ajuste de Slice)

El perfil del labio superior se puede ajustar manualmente mediante ejes(o slices) individuales (que en total son 28). El rango máximo de ajuste del perfil es ± unos milímetros  (dos vueltas y ½ del dial) a partir de la posición original.  IMPORTANTE: NO EXCEDER ESTOS VALORES YA QUE SE PUEDE DISTORSIONAR EL LABIO Y OCASIONAR DAÑO PERMANENTE.  Cada eje se ajusta  con un dial indicador de precisión que muestra la posición del perfil del labio en relación con la posición original.

 

 

Recirculación del repartidor de entrada

 

La recirculación se regula de manera tal que la presión sea igual a todo lo ancho del Head Box. Esta condición se cumple cuando no se ve flujo en ninguna dirección a través de la ventanilla de inspección del cabezal o mirilla.

 

 

Sistema de regulación de recirculación

 

Si el flujo a través de la mirilla está en la dirección del extremo de recirculación del repartidor transversal, entonces la presión es mayor en el lado de entrada (lado de transmisión) del repartidor transversal. Se debe cerrar la válvula de recirculación hasta que cese el flujo.

 

Si hay  flujo a través de la mirilla hacia el extremo de entrada del repartidor transversal (cruzado), entonces la presión es mayor en el lado de recirculación (lado de operación). Se debe abrir la válvula de recirculación hasta que cese el flujo.

 

En la posterior del Head Box se encuentra la caja de regulación de la válvula de recirculación de flujo. La caja posee una perilla que opera así:

 

Giro Horario: la válvula abre  y el líquido en la mirilla se  desplaza  hacia el lado izquierdo.

Giro Antihorario: la válvula cierra y el líquido en la mirilla se desplaza hacia el lado derecho.

 

Junto a la caja de regulación se encuentra un manómetro que es el encargado de indicar la presión de aire de la válvula. El rango de operación de la válvula es de determinados psi.

 

 

Rodillos rectificadores

 

Rotación

La  velocidad se escoge buscando tener una velocidad tangencial aproximadamente igual a la velocidad del flujo de pulpa en el fondo de la caja de entrada. El  rodillo rectificador de entrada (visto desde el lado de operación) gira en sentido antihorario. El  rodillo rectificador de salida (visto desde el lado de operación) gira en sentido horario.

 

Agua de purga:

Para prevenir que la pulpa entre a los sellos de la chumacera, se alimenta agua filtrada. Se debe mantener el flujo lo más bajo posible, de (un rango definido de g.p.m).

 

 

 

 

2.5.4.    Operación Cedazo Tampella

 

 

–        Conceptos básicos del equipo

 

El  Cedazo Tampella es un tamiz vertical de presión que funciona como un depurador último de la fibra secundaria  antes de su ingreso al Head Box en el Sistema de Formación. Su ubicación en la Planta de Molino hace parte del Circuito de Aproximación de la Máquina.

 

 

–        Principio de funcionamiento

 

La pasta entra al cedazo con la presión de alimentación definida en las características del equipo a través de la tubería de entrada. Debido a la presión interior y por efecto del movimiento de rotación, la pasta es obligada a fluir a través de las rendijas de la canastilla, quedando al interior de ésta una masa con impurezas que desciende por diferencia de presiones hacia la línea de rechazo. La pasta que logra fluir a través de la canastilla es la que finalmente va al Head Box.

 

 

–        Operación del equipo

 

Arranque

 

La duración aproximada del arranque está entre 5 y 10 minutos

 

 

Paradas

 

El  Operario de la máquina debe procurar que el procedimiento de  parada larga dure entre 2 y 5 minutos.

 

Parada corta

La Parada Corta es la correspondiente a menos de 20 minutos.

Para este procedimiento no es necesario detener el motor del cedazo, sino evitar la llegada de  la pasta al mismo, apagando la bomba de alimentación de pasta (P5) y luego la bomba de dilución (P33 o P39). En este caso el cedazo queda trabajando con el agua que recircula a través del Silo  – Fan Pump (P6)  – Tampella  – Headbox – Mesa  de Formación – Silo.

 

 

Parada larga y/o programada

Suspender la alimentación de la pasta (apagar la bomba P5) y recircular agua por un tiempo determinado. Apagar la bomba de dilución (P33 o P39). Drenar el cedazo en caso de que sea necesario sino cerrar la válvula de rechazo del Tampella, suspender la alimentación de agua y detener el motor del Tampella.

 

 

 

Condiciones de operación del cedazo

 

CONSISTENCIA DE ALIMENTACIÓN: Determinado porcentaje máximo. Verificar % de consistencia del Head Box cada hora en el Formato de  Control de Proceso.

 

DIFERENCIAL DE PRESIÓN: Rango definido de psi.

 

AGUA DE DILUCIÓN: Determinados g.p.m. (máx.) a una determinada presión (psi) que esté por encima de la Presión de alimentación.

 

LINEA DE RECHAZOS Y DILUCIÓN SIN OBSTRUCCIONES: Tocar las tuberías de rechazo y agua de dilución, verificando que tengan la misma temperatura en toda su extensión (si se encuentran tramos fríos, es indicación que la tubería está obstruida).

 

AGUA DE SELLOS: Determinados g.p.m. a una determinada presión (psi) que esté por encima de la Presión de alimentación.

 

PRESIÓN DE ALIMENTACIÓN: Determinado rango de presión (psi).

 

 

Unidad de control de agua para sellos o refrigeración (Safe Unit)

 

Es un dispositivo ubicado en la parte inferior externa del cedazo, que tiene como función controlar  el flujo y la presión del agua formadora del sello hidráulico (caja de sellos) para el eje del rotor. El agua que alimenta esta caja, proviene de la bomba P50 o P51. Adicionalmente tiene acoplado un manómetro que controla la presión de entrada, donde ésta tiene que operar a unos psi determinados por encima de la presión de la pasta para poder entrar al cedazo y formar el sello. El sello hidráulico formado, impide el paso de la pasta por el centro del rotor y sus alrededores.

 

 

 

2.6.   MEDIDAS ELECTROQUÍMICAS

 

 

2.6.1.    Demanda de Carga

 

La demanda de carga se define como la capacidad de una suspensión papelera en adsorber especies químicas con carga eléctrica. Se pueden realizar dos tipos de medidas: la demanda catiónica y demanda aniónica. Ambas se definen como la cantidad de polímero cargado (o polielectrolito catiónico en el caso de la demanda catiónica o aniónico en el caso de la demanda aniónica) necesario para neutralizar la carga eléctrica de la suspensión fibrosa o aguas de proceso. [2]

 

La medición involucra la titulación de la suspensión con un polímero apropiado y el cálculo de la demanda de carga se realiza a partir del volumen de polímero necesario para alcanzar el “punto final”, esto es, carga neta cero. El punto final se puede detectar con un equipo de electroforesis o un detector de corriente de flujo (en estos dos casos el punto final corresponde a cero movilidad electroforética o potencial de flujo), o bien con un indicador de color (por ejemplo azul de toluidina). [2]

 

La demanda de carga se expresa en términos del volumen de polímero por unidad de volumen de suspensión (ml de polímero /ml de suspensión), o en miliequivalentes de polímero por unidad de volumen o masa de suspensión o materia sólida contenida en la suspensión (meq/ml o meq/g). En la Ilustración 2 se presentan los polímeros más comúnmente empleados en la titulación de carga, de los cinco polímeros, el único aniónico es el PVSK aniónico que se utiliza para la determinación de la demanda aniónica, los otros cuatro polímeros son catiónicos y se utilizan para la determinación de la demanda catiónica. [2]

 

 

Ilustración 2  Polímeros comúnmente usados en titulaciones para la determinación de la demanda de carga. [3]

 

 

 

Polielectrolitos como el sulfonato de polietileno y Poly(DADMAC) se usan como estándar o referencia debido a que si densidad de carga es independiente del pH. El peso molecular promedio para el Poly(DADMAC) usado en titulación de carga es del orden de 40 000 a 100 000 g/mol y se emplean en concentraciones del orden de 0.001 N. [2]

 

Es importante resaltar que la demanda catiónica no solo depende de la suspensión a ensayar sino también de la química del polímero usado en la titulación, especialmente el tipo de polímero, peso molecular y densidad de carga. La demanda catiónica es frecuentemente usada para predecir la respuesta de la máquina papelera a cambios por adición de promotores catiónicos, agentes floculantes o en general, para monitorear la química del lado húmedo. [2]

 

La titulación se puede hacer en forma reversa. Por ejemplo en el caso más común de la determinación de la carga aniónica de una suspensión, se añade primero un exceso (conocido) de polímero con carga opuesta (polímero catiónico) a las partículas en  suspensión. El polímero catiónico neutraliza totalmente las cargas aniónicas de la suspensión y queda un remanente o exceso del polímero añadido. El exceso del polímero catiónico (después de neutralizar la carga aniónica de la suspensión) se titula con un polímero aniónico y de esta manera se obtiene indirectamente la carga aniónica (o demanda catiónica) de la suspensión ensayada. [3]

 

Normalmente la pulpa empleada para la fabricación de papel contiene una cantidad de “basura” con una carga determinada que de no ser neutralizada puede afectar propiedades importantes del producto final como la resistencia y el encolado. [3]

 

Por esta razón es necesario cuantificar la naturaleza y magnitud de esta carga con el fin de definir la cantidad de aditivos necesarios para neutralizarla o llevar dicha carga a un nivel que arroje la máxima eficiencia. [3]

 

 

2.6.2.    Potencial Z

 

El coloide negativo y su atmósfera cargada positivamente producen un potencial eléctrico relativo a la solución. Este tiene un valor máximo en la superficie y disminuye gradualmente con la distancia, aproximándose a cero fuera de la capa difusa (Ver Ilustración 3). La caída del potencial y la distancia desde el coloide es un indicador de la fuerza repulsiva entre los coloides en función de la distancia a las cuales estas fuerzas entran en juego. [1]

 

Un punto de particular interés es el potencial donde se une la capa difusa y la capa de Stern (Ver Ilustración 4). Este potencial es conocido como el potencial zeta, el cual es importante porque puede ser medido de una manera muy simple, mientras que la carga de la superficie y su potencial no pueden medirse. El potencial zeta puede ser una manera efectiva de controlar el comportamiento del coloide puesto que indica cambios en el potencial de la superficie y en las fuerzas de repulsión entre los coloides. [1]

 

La carga absoluta o potencial zeta se expresa en términos de la carga de la superficie de la partícula. Los equipos para la medición de la carga absoluta incluyen desde instrumentos de movilidad electroforética (basaos, en el caso más sofisticado, en el efecto doppler y dispersión de luz láser) hasta instrumentos de potencial de flujo (comúnmente empleados para evaluaciones en línea) o de corriente de flujo. La carga absoluta puede ser tanto positiva como negativa, grande o pequeña, pero no indica la carga total en el sistema. En otras palabras, la carga absoluta es una propiedad intensiva. [2]

 

 

Ilustración 3  Modelo de la doble capa eléctrica. [1]

 

 

 

Ilustración 4  Potencial zeta. [1]

 

 

 

 

2.6.3.    Conductividad [2]

 

La conductividad es una medida de la conductancia eléctrica del sistema coloidal.

 

Ésta representa un estimado de la concentración total de electrolitos o iones disueltos en fase acuosa (indicador del contenido de sales, corrosividad, acumulación de substancias disueltas por cierre de circuito, etc.).

 

Los cambios en la composición y concentración de sustancias inorgánicas disueltas es fácilmente detectada con la ayuda de mediciones de conductividad.

 

Los cambios en la conductividad no necesariamente se relacionan con problemas en la operatividad de la máquina, pero ésta es útil en la detección de fuentes de fluctuaciones en el sistema de aguas. Una conductividad alta es beneficiosa para mantener la eficiencia en el lavado de la pulpa. En la producción de papel se suelen medir valores del orden de 100-10000 mmho/cm (10mmho = 1mS, 1mho = 1ohm-1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.      DESCRIPCION DEL PROYECTO

 

3.1.         PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

 

En la actualidad las empresas de nuestro país requieren soluciones efectivas a los problemas que diariamente surgen, y es ahí donde nuestro papel como ingenieros se hace imperativo para realizar el estudio y plantear posibles soluciones a los factores que requieren optimizaciones en las industrias.

 

Según la misión de PAPELSA la cual se basa en el aprovechamiento de recursos para la industria química, debíamos tener un máximo de eficiencia en una idea fundamental para producir con una mayor eficacia y optimizando al máximo la dosificación de químicos. Uno de los mayores problemas en la industria PAPELSA es que la producción muchas veces se ve afectada porque no se tiene un buen control en la elaboración de los diferentes tipos de papel, algunos de los problemas más frecuentes es que muchos de los rollos ya terminados de elaborar se tienen que reclasificar porque muchas de sus medidas mecánicas no cumplen con los estándares de calidad del papel a elaborar como objetivo principal, la reclasificación de este rollo muchas veces es debido a una deficiencia en la máquina o una mala dosificación de químicos para su elaboración.

 

Otro de los problemas más frecuentes es la elaboración de papel que al final se debe rechazar, ya que muchas veces el rollo no cumple con los parámetros de humedad y contiene arrugas. Por estas razones se estudio la idea de trabajar sobre una optimización de químicos catiónicos en la industria papelera, ya que si se dosifica correctamente estos productos se puede tener un mejor control en la producción de papel y a parte de todo se disminuye la cantidad de rollos reclasificados, ya que este tipo de material se puede reducir por un buen control en la química del papel.

Ilustración 5  Bodega de rollos rechazados.

 

 

 

3.2.     DESARROLLO DEL PROYECTO

 

 

3.2.1.    Búsqueda de Bibliografía

 

Para el logro de los objetivos planteados se consultaron inicialmente documentos relacionados con el potencial Z, la demanda de carga y la conductividad, y su relación con la producción de papel, estos documentos fueron hallados en la intranet de la empresa, en artículos de internet y en el libro de química del papel entre otros; específicamente sobre la influencia de medidas electroquímicas en la producción del papel. Posteriormente se recibió entrenamiento en los equipos de medición de cada una de estas propiedades.

 

 

 

3.2.2.   Mediciones Realizadas

 

Para medir la demanda de carga se utiliza el Mütek PCD-03 que mide la demanda de carga en la solución  y el Mütek PCD-T3 que realiza la titulación y proporciona la cantidad en volumen y en µEq-g/l que se requiere para llevar la carga  a un valor de 0 mV (punto isoeléctrico).

 

 

Ilustración 6  Mütek PCD-03.

 

 

 

La conductividad se midio con un conductimetro 315i WTW que consiste en un handheld el cual se acopla con una celda conductimétrica con cuatro electrodos de grafito que se introducen en la solución.

 

El potencial zeta se midió con un zeta metro Mütek SZP-06, su principio de funcionamiento consiste en absorber la muestra a analizar por medio de una bomba de vacío a través de un conducto de vidrio el cual en su extremo final tiene una configuración cónica y una malla que no deja pasar la pulpa hacia la cabina de vacío.  La configuración cónica en su exterior tiene conectados dos electrodos que e un campo eléctrico a la pulpa y los coloides cargados migran en el campo y su movimiento y dirección están relacionados con su potencial zeta.

 

 

Ilustración 7  Zeta meter Mütek SZP-06.

 

 

 

 

3.2.3.    Ubicación de los Puntos a Muestrear.

 

Esta ubicación se determino con el fin de estudiar los puntos donde se dosifican todos aquellos químicos que hacen variar las medidas electroquímicas. Los puntos seleccionados fueron sitios de dosificación del policatiónico, el almidón catiónico, la resina y el sulfato de aluminio, ya que todos estos químicos son catiónicos y afectan las medidas electroquímicas. La dosificación del policatiónico y del almidón se realiza en la caja de nivel, aunque a veces este punto de dosificación se cambia para el almidón y se dosifica en en la tubería de entrada al Head Box; la resina se dosifica en el mismo punto que se dosifica el alumbre. Para evidenciar estos puntos de dosificación (Ver Ilustración 1).

 

 

 

3.2.4.    Toma de Muestras.

 

Cuando se tienen ubicados todos los puntos de muestreo se procede a tomar muestras en recipientes con un volumen no mayor a 500 mL. Las muestras se tomaron con el menor intervalo de tiempo posible entre cada una de ellas, muestreándose desde el punto de muestreo que tenga la menor adición de químicos, en este caso se toma primero la muestra del tanque de mezcla o tanque de máquina, luego se recogio una muestra de la caja de nivel y finalmente una muestra en el Head Box.

 

 

 

3.2.5.    Análisis de Muestras

 

Las tres muestras recogidas se llevaron al laboratorio de Control Procesos.  La primera muestra a analizar fue la del tanque de mezcla o tanque de máquina, de esta muestra se retiraron 100 mL que se pasaron por una malla para ser filtrados, luego se tomaron 10 mL de la solución filtrada y se depositaron en el Mütek PCD-T3 para proceder a medir la demanda de carga. Los 400 mL restantes de la muestra recogida se ubicaron en el zeta metro Mütek SZP-06 para analizar el potencial zeta y la conductividad de ésta. Este mismo procedimiento se repitio para las dos muestras restantes, teniendo en cuenta que se hace primero el análisis con la muestra recogida en la caja de nivel. Estas mediciones se realizaron durante dos meses aproximadamente, siempre y cuando se tuviera el zeta meter en la empresa, es decir los intervalos de mediciones no fueron constantes, también se presentaron problemas con la producción, ya que cuando en la máquina se revienta el papel esta para inmediatamente y esto dificulta la toma de muestras, por este evento era imposible tomar muestras para analizar.

 

Los resultados arrojados por los equipos de medición se ingresan en una hoja de cálculo de Excel y se grafican para analizar los resultados y tomar decisiones que conduzcan a mejorar la calidad del papel, a medida que se analizan los datos se va determinando como se encuentra la dosificación de químicos en cada instante.

 

De esta forma modificando la dosificación de químicos sin alterar la calidad del papel, buscando el consumo óptimo de los químicos.

 

 

 

3.3.     RESULTADOS

 

Antes de empezar con el proyecto especifico para los diferentes tipos de papel, se hallaron unos resultados generales para todos los tipos de papel que produce la industria PAPELSA. Estos resultados fueron tomados desde diferentes puntos de muestreo y se analizaba en cada uno de los puntos como iba cambiando el potencial z a través de su recorro por el circuito de aproximación.

 

 

Ilustración 8  Potencial z en máquina papelera para diferentes tipos de papel.

 

En la Ilustración 8 se muestra todo un seguimiento a la fibra desde antes de refinar que es donde la fibra se encuentra como fibra larga, es decir su potencial z no es el más mínimo, cuando la fibra sale de refinación su potencial z debe ser mucho menor, si se refino bien. Luego la fibra pasa al tanque de mezcla donde se adiciona fibra corta, aquí su potencial z debe disminuir u poco por la adición de fibra corta; cuando pasa al tanque de máquina el potencial z debiera de ser el mismo ya que aquí no se adiciona nada diferente; cuando la fibra es llevada hacia la caja de nivel es porque ya se le ha adicionado policatiónico y el almidón, en este punto el potencial z debe aumentar, es decir debe acercarse al cero, y cuando llega al Head Box es porque ya tiene adicionado todos los químicos respectivos por eso su potencial z debe ser muy cercano a cero.

 

 

 

3.3.1.    Resultados Analizados para el Papel CM066

 

 

Tabla 3  Medidas electroquímicas en la refinación del papel CM66.

 

Ilustración 9. Gráfico del potencial z vs. Refinadores.

Tabla 4 Medidas electroquímicas en máquina papelera para el papel CM066.

Ilustración 10 Gráfico del potencial z en máquina papelera CM066.

Ilustración 11 Gráfico de la demanda de carga en máquina papelera CM066.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3.2.    Resultados Analizados para el Papel CM086

 

 

 

Tabla 5  Medidas electroquímicas en refinación del papel CM86.

 

 

Ilustración 12 Gráfico del potencial z en refinación de CM86.

Tabla 6  Medidas electroquímicas en máquina papelera CM086.

Ilustración 13 Gráfico del potencial z en máquina papelera CM086.

Ilustración 14 Gráfico de la demanda de carga en máquina papelera CM086.

3.3.3. Resultados Analizados para el Papel Bogus 120

 

 

Tabla 7  Medidas electroquímicas en refinación del papel Bogus 120.

Ilustración 15 Gráfico de potencial z en refinación de Bogus 120.

 

 

 

Tabla 8  Medidas electroquímicas en máquina papelera Bogus 120.

Ilustración 16  Gráfico de potencial z en máquina papelera Bogus 120.

 

 

Ilustración 17  Gráfico de la demanda de carga en máquina papelera Bogus 120.

 

 

 

3.3.4.    Resultados Analizados para la Materia Prima

 

Se analizaron los tres tipos de materia prima principal en la producción de papel en la industria PAPELSA. Con este análisis se desea saber que potencial z tiene la fibra inicialmente sin ser alterada por ninguna fuerza mecánica.

 

 

Tabla 9  Medidas electroquímicas del cartón plegadiza.

 

 

 

 

Tabla 10  Medidas electroquímicas del cartón corrugado planta.

 

 

Tabla 11  Medidas electroquímicas del cartón bodega nacional.

 

Ilustración 18  Gráfico del potencial z en la materia prima.

3.4.    ANÁLISIS DE RESULTADOS

 

 

  • En la gráfica inicial se realiza un análisis en general para todos los tipos de papel, se evalúa el potencial z, la demanda de carga y la conductividad en diferentes puntos de la máquina. En la grafica no se observa que el potencial z sea positivo, pero sin embargo si se presentaron valores en los cuales el potencial z dio positivo y esto lleva a dar como resultado una mala formación en el papel, se presentan flóculos de fibra en la hoja los cuales hacen que el papel reviente o que se vean disminuidas las resistencias mecánicas en la hoja. También se evidencio que los consumos del barredor aniónico eran tan altos que el barredor aniónico dejaba de realizar su función principal que es retirar toda la basura aniónica y comenzaría a atacar la fibra, y como resultado cuando se dosifica el almidón este no tiene puntos en los cuales puede hacer unión entre las fibras y se observa un potencial z positivo y una demanda de carga mucho menor a los -250 µEq-g/lt.

 

  • Cuando se analizaron las muestras individualmente por tipo de papel y con una disminución del 80% en la dosificación del barredor aniónico. La demanda de carga pasó de -131µEq-g/lt en promedio a -250µEq-g/lt en promedio y sin embargo las resistencias mecánicas en el papel se sostuvieron.

 

  • Aunque las pruebas mecánicas realizadas para hallar la calidad del papel no se muestran en datos numéricos o en gráficos porque es información confidencial de la empresa. Sin embargo es bueno aclarar que las pruebas más importantes para que deroguen un papel o lo reclasifiquen son: la prueba de CMT que es avaluada para los corrugados medios; la prueba de CFC también es avaluada solamente para los corrugados medios, cuando esta prueba no es aprobada, el tipo de corrugado se reclasifica o se deroga. En el caso del Bogus 120 no hay ninguna prueba que rechace este tipo de papel, pero si se debe tener un buen control sobre su peso y que se encuentre con muy poca humedad.

 

  • Las medidas que se analizaron a la salida de los refinadores demuestran que estos equipos no operan de la forma más adecuada, ya que se observa que en la mayoría de muestras de los diferentes tipos de papel el potencial zeta no disminuye a medida que pasa por cada uno de los refinadores. Esto también se puede confirmar con los altos valores de intensidad que se tiene en refinación (hasta 4 veces la óptima para OCC), esto se evidencia en la muestra analizada de CM066 (Ver datos de refinación CM066, tabla 3).donde el valor de intensidad en los 3 refinadores es mayor a 2 w*s/m que es normalmente la intensidad optima de los refinadores.

 

  • En la producción de Bogus 120 se detecta que el refinador R1 opera de una forma eficiente al disminuir el potencial zeta a un valor más negativo que el de la entrada al refinador, pero cuando esta misma muestra sale del refinador R2 el potencial zeta vuelve a adquirir el valor inicial que tenía la muestra antes de ingresar a los refinadores.

 

  • Hay datos en los que se evidencia que los refinadores no le hacen nada a la fibra, es decir su potencial zeta no es alterado y los freenes no se disminuyen en lo más mínimo. Esto puede ser debido a que la muestra se encontraba muy diluida y al pasar por los refinadores estos no realizan el trabajo de una manera muy eficiente, es decir los refinadores no alteran para nada la fibra. Otra razón podría ser que los platos de los refinadores se encontraban ya gastados, lo cual hace ineficiente la operación de refinación por mas potencia que se le incremente al refinador y por más que se cierren los platos.

 

  • Las muestras tomadas de Bogus 120, corrugado medio 66 y 86 a la salida de los refinadores dio como resultado que el potencial z se controlo simultáneamente con la demanda de carga, lo que lleva a que los reeles que salen de papel sean todos aceptados y cumplan con propiedades muy especificas como lo son: para el bogus la prueba de ring crush, ésta prueba aunque no es de rechazo sirve de control, ya que por medio de ésta se mide la compresión aplicada perpendicularmente al borde de una tira de papel en forma circular sujeta a un disco y colocada entre dos placas de compresión a una velocidad uniforme hasta que el anillo falla. Para el corrugado medio 66 y 86 se deben aprobar las pruebas de rechazo como el CMT que es necesaria para evitar el aplastamiento de la flauta en el corrugador y permite evaluar el corrugado medio antes de convertirse en cartón, también se realiza la prueba de CFC que evalúa la capacidad de un corrugado medio para contribuir a la resistencia a la compresión de una caja. También se evalúan pruebas de control como la porosidad y el apresto.

 

  • Las muestras de CM086 analizadas después de pasar por los refinadores dio como resultado que todos los reeles de papel fueron aceptados, ya que cumplen con todas las propiedades de calidad, aunque en el laboratorio se hallan muestras que se salen del rango establecido para las diferentes técnicas de calidad, estas no eran lo suficiente para tomar la decisión de que el rollo debiera de ser rechazado o reclasificado.

 

  • Aunque se dice que los refinadores que tiene la planta no son muy bueno, se puede comprobar en las graficas que algunos operan de una forma muy aceptable y esto se ve evidenciado en la dosificación de químicos catiónicos, ya que la dosis es un poco menor.

 

  • En la primer muestra analizada en la máquina de CM086 no se cuenta con dosificación de Policatiónico LMW sin embargo el reel fue derogado porque las pruebas de CFC y CMT dieron en algunos puntos valores muy bajos, pero también es claro justificar que para no contar con este producto la operación en la máquina fue muy buena o la materia prima estaba muy limpia.

 

  • El valor mínimo de dosificación que se obtiene en la producción de CM086 fue 9.2 Kg/ton de almidón catiónico y 0.9 Kg/ton de policatiónico, ya que con valores mucho menores de dosificación de policatiónico el reel es rechazado porque no cumple las estándares de calidad, sin embargo también se tiene muestras en las que la dosificación de policatiónico es de 0.3 Kg/ton y el reel fue aceptado, pero también muestra que hubieron reeles aledaños que son derogados por problemas de gramaje y humedad. La demanda de carga es controlada en todo el trascurso de la medición de las muestras.

 

3.5.     CONCLUSIONES

 

 

  • Por medio de las medidas electroquímicas se puede evidenciar que se tiene un control más optimo en la producción de papel en el lado húmedo de la planta, cuando se mide constantemente la demanda de carga y el potencial zeta se llevan a cabo correctivos inmediatos en la dosificación de químicos catiónicos, llegando a disminuir el consumo del barredor aniónico, y así evitando que éste en el trascurso del proceso sature la fibra y cause problemas en la producción de papel.

 

  • No se puede concluir correctamente que los refinadores de la planta no operan de la forma más eficiente, ya que cuando se evalúan características como: la resistencia al rasgado, la explosión, la tensión, la resistencia a la compresión, encolado, opacidad, densidad porosidad entre otras en el laboratorio de calidad estas propiedades cumplen con los valores establecidos en un rango de aceptabilidad o de conformidad a la hora de ser medidas solo como una variable de control. Cuando el papel cumple con todas estas propiedades de control es porque en el proceso se está llevando a cabo una buena refinación, porque de lo contrario estas propiedades no mostrarían muy buenos resultados.

 

 

  • Los refinadores han demostrado en el trascurso de su operación que muchas veces no operan de la forma más eficaz para las necesidades que tiene la industria papelera, como es la velocidad de producción. La demanda que se tiene de papel es tan grande que PAPELSA tiene la necesidad de aumentar su producción por hora, pero uno de los factores que no hacen factible el cumplimiento de esta necesidad es la refinación, ya que se ha evidenciado que cuando la máquina papelera se le aumenta la velocidad la refinación es muy deficiente con el aumento de velocidad, y por resultado el papel se rompe o las propiedades mecánicas que se le miden a los diferentes tipos de papel no cumplen con los estándares de calidad, y esto lleva a concluir que muchas de estas propiedades no cumplen debido a una deficiencia en la refinación, esta puede ser una de las razones por las cuales en muchos de los resultados hallados en el estudio del potencial zeta en la refinación de los diferentes tipos de papel se observa que el potencial zeta antes de entrar en los refinadores tiene un valor negativo, y cuando sale de la conjunto de refinadores este valor no disminuye en un gran porcentaje, es mas muchas veces el valor vuelve a su estado inicial como se encontraba antes de refinación o por lo contrario antes aumenta. Esta afirmación se puede ver evidenciada en la refinación del Bogus 120 (ver datos refinación Bogus 120, tabla 7), aquí se evidencia que la refinación no es eficiente, y que muchos valores no tienen una secuencia congruente donde se note que la refinación es secuencial; muchos de los valores de potencial zeta al  final en el refinador 5 son mayores a los valores de a la entrada del refinador 1, esto puede ser causado por los incrementos de velocidad en la máquina, que si se aumenta la velocidad el paso de fibra por los refinadores tiene que ser mayor la dosificación, y esto hace que la fibra pase más rápido por los refinadores, y estos por su pequeño tamaño y por sus años de funcionamiento no hacen el mejor trabajo de refinación que se espera para las necesidades de  velocidad indicada.

 

  • Con los estudios hallados de potencial zeta en la refinación de los diferentes tipos de papel, se pudo concluir que el potencial zeta se ve afectado con los aumento de velocidad en la máquina, ya que en los papeles CM 66 y 86 la refinación fue un poco más eficiente que en el papel Bogus 120. En los papeles CM 66 y 86 se obtienen valores de potencial zeta mucho menores en el trascurso que la fibra pasa por cada uno de los refinadores, esto es debido a que estos dos tipos de papel se corren a velocidades mucho menores que las del Bogus 120.

 

  • No se puede concluir de una forma clara y concreta cuales son los valores óptimos de dosificación de químicos catiónicos, ya que la dosificación de estos químicos depende mucho del grado de refinación y de el material que se esté alimentando en el patio de materias primas, ya que no es lo mismo cuando se trabaja con cartón bodega nacional que con desperdicio planta. Los valores de potencial zeta demostraron que el desperdicio planta tiene unos valores de potencial zeta más negativos que los del bodega nacional, esto puede llevar a que cuando se trabaja con solo cartón reciclado de bodega nacional a este se le debe adicionar muchos más químicos que al desperdicio planta, ya que este tipo de cartón es más sucio y por consiguiente la adición de barredor aniónico debe ser mucho mayor.

 

  • La dosificación de barredor aniónico es una estrategia clave para una buena y efectiva dosificación de almidón catiónico, si la dosificación de barredor aniónico es excesiva, esto se ve representado en una pérdida de almidón catiónico, ya que el barredor aniónico en exceso no deja que el almidón interactué con la fibra y forme los enlaces de fibra y fibra. En este caso se evidencio que por medio de los estudios de potencial zeta en la caja de nivel, se puede llevar a tomar medidas de una buena dosificación de almidón catiónico, porque si el potencial zeta en la caja de de nivel es bastante negativo esto lleva a que en el Head Box se dosifique mucho más almidón o que por lo menos se dosifique la cantidad necesaria para que se pueda formar un papel con excelentes propiedades mecánicas.

 

  • En dosificaciones anteriores no se podía evidenciar si la dosificación de químicos que suministraba el operario de control procesos era la más recomendada, esto era debido a que el operario no tenía un buen análisis de cómo se comportaban los químicos catiónicos en el trascurso del circuito de aproximación de una máquina papelera. Por medio de los estudios de potencial zeta los operarios han llegado a obtener un conocimiento claro y preciso de la importancia de esta media en la fibra, ya que por medio del potencial zeta ellos han desarrollado técnicas para dosificar químicos catiónicos de una forma más eficiente y que arroja resultados más efectivos en la producción de papel.

 

  • Por medio del potencial zeta se han disminuidos el número de rollos reclasificados en un 11%, lo que ha incrementado la eficiencia en producción y una mayor eficacia en la dosificación de químicos catiónicos.

 

  • Los resultados obtenidos en la implementación de este proyecto fueron tan exitosos que se logro que la empresa tomara la decisión de adquirir un zeta metro para seguir utilizandolo como una mejora continua del proceso.

 

 

 

3.6.  RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS

 

Se recomienda hacer un seguimiento más detallado sobre las medidas electroquímicas especialmente el potencial z, ya que en el trascurso del proyecto el seguimiento no pudo ser consecutivo porque no se contaba con el zeta metro en muchas ocasiones. En varios problemas que se presentaron en la planta hubiese sido conveniente haber tenido el equipo para analizar sí esos eventos fueron causados por un exceso de químicos o por un mal control en la química del papel.

 

En un futuro, ya contando con el zeta metro de la industria papelsa, se puede llegar a estandarizar las dosificaciónes de químicos para los diferentes tipos de papel hasta tal punto que el ahorro en estos productos sea un gran avance, también se debe hacer un chequeo muy completo y detallado para los diferentes tipos de materia prima, es decir se debe tener muy encuenta de a donde viene la materia prima ya que en muchas ocasiones se han encontrado cartones que son muy difices de pulpear, seria bueno hallar las medidas electroquímicas de este tipo de material para saber en que aspectos afecta la producción y como se ve influenciada la dosificación de químicos catiónicos.

 

Por medio del potencial z y la demanda de carga se pueden estudiar diferentes químicos catiónicos que sean mucho más eficientes y que a su vez sean mas limpios con el medio ambiente.

 

Uno de los retos más grandes con este proyecto es que a futuro la producción sea más efectiva y el número de rollos reclasificados disminuya a un gran mínimo y la rentabilidad sea mucho mas grande.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.     BIBLIOGRAFÍA

 

 

 

 

[1] ZETA METER INC. Potecial Zeta: Un curso completo en 5 minutos.

 

www.zeta-meter.com/redchile.pdf Febrero 2010.

 

 

[2] Rojas Gaona Orlando J. “Química del papel”. Corporación Centro de Capacitación y Desarrollo Tecnológico para la industria Papelera (cenpapel). Venezuela, 2003.

 

 

[3] Scott William E. “Principles of Wet end Chemistry”. TAPPI PRES. 1996.

 

 

[4] Intranet PAPELSA. Modulo: Formación del papel.

 

Autor: DIEGO FERNANDO OREJUELA

 

 

 

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