Tecnologie delle presse

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Tecnologie
delle presse
Marocchi Matteo
(Garda)
Scuola Interregionale
di tecnologia
per tecnici Cartari
Via Don G. Minzoni, 50
37138 Verona
Relazione finale
7° Corso di Tecnologia per tecnici cartari
1999/00
1- Introduzione
2- Principi base di lavorazione
2.1 - Principio di funzionamento
2.2 - Presse bombate e bombè variabile
2.3 - Il nip
2.4 - Vibrazioni del gruppo presse
3- Fattori che influenzano la pressatura
3.1 - Temperatura
3.2 - Impasto
3.3 - Pressione (pressure controlled, flow controlled)
3.4 - Tiro libero
3.5 - Drenaggio tavola piana
4- Tipi di rivestimento
4.1 - Morbidi e duri
5- Caratteristiche della carta legate alla pressatura
5.1 - Spessore, densità
5.2 - Migrazione di fini e cariche
5.3 - Liscio
5.4 - Doppio viso
5.5 - Marcature superficiali
6- Tipologie di presse
6.1 - Piane, montanti, inverse
6.2 - Aspiranti
6.3 - Rigate
6.4 - Fori ciechi
6.5 - Shoe press
6.6 - Pulizia
7- Funzione dei feltri umidi
7.1 - Principio di funzionamento dei feltri
7.2 - Caratteristiche costruttive
8- Condizionamento dei feltri
8.1 - Condizionamento in marcia
8.2 - Lavaggio chimico
8.3 - Difetti dai feltri
Tecnologia delle presse
- INDICE -
1. INTRODUZIONE
Con questa relazione di fine corso cercherò di illustrare un argomento
molto vasto, quanto di vitale importanza, come la pressatura della carta nella fase
di fabbricazione.
In questa ricerca proverò ad illustrare i principi di funzionamento, le forze
fisiche che vi entrano in gioco, le principali tipologie di presse e la loro evoluzione. Farò anche un piccolo accenno ai feltri umidi ed in particolare alla loro funzione, ai principi di costruzione e al loro condizionamento.
Premesso che si tratta di un argomento molto vasto e complesso che richiede conoscenze specifiche, teoriche e pratiche elevate, cercherò di illustrarlo
in base alle mie conoscenze acquisite in questo corso, nella maniera più semplice
e comprensibile pur non tralasciando gli aspetti più complicati di questa realtà
tecnologica cartaria.
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2. PRINCIPI BASE DI LAVORAZIONE
2.1 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Cos’è la pressatura?
Non è altro che un operazione di strizzatura del nastro fibroso per togliere la
maggior quantità possibile di acqua dalla carta per poter cosi agevolare
l’essiccamento nella seccheria.
Come avviene questo?
Questa operazione di strizzatura viene effettuata utilizzando due cilindri contrapposti, nel quale facciamo passare il nastro fibroso accompagnato da un feltro, che
esercita una pressione ben definita. Grazie a questa pressione il contenuto
d’acqua del contesto fibroso migra nelle capillarità interne (indeformabili) del
feltro che la trattiene e la espelle in base alla tipologia di pressa che viene utilizzata per la lavorazione.
Perché utilizzare un feltro ?
Si utilizza per poter esercitare la pressione necessaria per estrarre l’acqua dal nastro fibroso. Dato che il contesto fibroso all’ingresso della sezione presse è ricco
d’acqua (infatti la carta ha un secco di circa il 15/20 %), una sostanza in comprimibile, non riuscirebbe a comprimere il nastro se non causando all’interno dello
stesso una forte pressione idraulica che poterebbe alla distruzione del reticolo fibroso.
Il feltro essendo superficialmente comprimibile e con una grande capillarità interna, permette di trasferire alla carta, la pressione esercitata dai cilindri in
quel determinato punto “chiamato NIP” facendo migrare l’acqua dalla carta al
feltro senza distruggere il reticolo fibroso.
Oltre a contribuire alla disidratazione del foglio, la pressa consente anche
di incrementare il consolidamento del nastro fibroso, di modificare il liscio superficiale e lo spessore del foglio.
Nella figura a pagina seguente è rappresentata una pressa piana, “la capostipite delle presse” dove si può notare la fase di migrazione dell’acqua dalla carta al feltro. Si può anche osservare che il feltro non riesce a trattenere tutta
l’acqua e quindi la pressione idraulica interna al nip la spinge a ritroso causando
grossi problemi di drenaggio. Si può intuire che questa pressa non permetteva di
ottenere velocità rilevanti, quindi nel tempo si è dovuto modificare la struttura
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superficiale ed interna delle presse, così: con l’avvento delle nuove tecnologie
siamo arrivati ad usufruire di presse rigate, a fori, a fori ciechi, scanalate, aspiranti.
Figura del nip
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2.2 IL NIP
Il nip è la zona lineare di contatto tra i due cilindri, ovvero la zona dove
viene esercitata la pressione di lavoro della pressa.
Questa pressione viene espressa in Kg per centimetro lineare oppure in kilonewton per metro lineare. Teoricamente questa pressione viene esercitata lungo
una linea retta ma in realtà questa zona è variabile in base ad alcuni fattori come:
la durezza del materiale che riveste la pressa (espressa i Pousei Jons) la durezza
del materiale del controcilindro, il loro diametro e la pressione esercitata.
In figura 2 si può vedere ciò che succede all’interno del nip.
Nella zona A-B si verifica una pressione meccanica sia sul feltro che sulla
carta che elimina l’aria dagli alveoli non contenenti acqua. La pressione idraulica
nella carta inizia nel punto B, dove la migrazione dell’acqua nel feltro è immediata. Nel punto C anche sul feltro inizia il carico idraulico, dove l’acqua viene
scaricata negli alveoli della camicia del rullo inferiore. Questo fenomeno continua fino a raggiungere la massima intensità nel punto D, fase di maggior pressione idraulica. Da qui in avanti il fenomeno diminuisce ma l’evacuazione continua
fino al punto F dove la pressione idraulica diventa negativa in quanto da E in poi
sia per la carta che per il feltro comincia una fase di espansione. In F il carico idraulico del feltro diventa negativo e questo comincia ad aspirare acqua oltre che
dal foglio anche dalla parete del cilindro abbracciato. Nel punto G analoga situazione accade per la carta dove comincerà ad assorbire parte del liquido perso, anche se in percentuale molto inferiore. La separazione avviene nel punto H.
2.3 PRESSE BOMBATE E BOMBÈ VARIABILE
Fisicamente il cilindro oltre che supportare il proprio peso ed una pressione di lavoro che viene esercitata sulle estremità laterali dello stesso, subisce una
deformazione fisica (vedi fig. 3), ovvero un incurvatura al centro che non consente di avere una pressione lineare uniforme su tutta la lunghezza del nip ma concentrata alle estremità causando cosi uno sbilanciamento della lavorazione con la
conseguenza di una disidratazione del foglio non uniforme.
Per ovviare a tale problema si sono iniziati a costruire cilindri a bombè,
ossia: cilindri al quale viene impartito un profilo superficiale particolare, cioè con
il diametro maggiore al centro che alle estremità in modo da ottenere lungo la linea di contatto una pressione costante su tutta la larghezza della macchina riu-
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scendo a controbilanciare la flessione del cilindro.
Il bombè non può essere dato ad occhio ma in base ad una precisa formula:
B = pt ^3 * (12i – 7t) / 38.4 ej
Dove:
P = pressione al nip (Kg/cm2)
T = larghezza della tavola (cm)
I = distanza tra i supporti (cm)
E = momento di inerzia (cm2)
J = modulo elastico (Kg/cm2)
Data la varietà di tipologie di carte da produrre un solo tipo di bombatura
del cilindro non sarebbe sufficiente per avere la necessaria elasticità di produzione quindi si è passati ad una ulteriore evoluzione tecnica ovvero lo sviluppo di un
cilindro a bombè variabile.
Questi cilindri sono di fattura molto robusta e sono composti da un albero
centrale sul quale ruota la camicia esterna. Tra l’albero e la camicia però ci sono
alcuni elementi meccanici che sollecitati da pressioni idrauliche deformano la
camicia esterna tanto quanto maggiore è la pressione, consentendo cosi di ottenere una bombatura variabile.
2.4 VIBRAZIONI DEL GRUPPO PRESSE
La vibrazione del gruppo presse è un fattore molto importante da considerare. Il perché risulta di facile comprensione, infatti qualsiasi organo che presenta
delle vibrazioni non svolge al 100% il lavoro per il quale è stato costruito ed è
soggetto ad una maggiore usura e probabilità di rottura, quindi figuriamoci una
vibrazione eccessiva delle presse a cosa potrebbe portarci.
Le vibrazioni del gruppo presse possono essere causate da sbilanciamento
dei cilindri pressori o da deformazione superficiale del rivestimento causata
dall’usura dello stesso, dalla rulleria dei feltri o dal dispositivo di carico della
pressa.
Tali vibrazioni sono misurabili in base alla loro frequenza e vengono misurate con uno strumento chiamato accelerometro.
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L’unità di misura delle vibrazioni è espressa i mm/sec ed il valore massimo accettabile per legge in una macchina da carta è di 7 mm/sec.
In caso di valori superiori si hanno grossi scompensi produttivi, qualitativi
e di sicurezza dell’impianto stesso.
Per ovviare ad un elevato valore di vibrazioni si renderebbe necessario un
intervento di manutenzione che andrebbe ad interessare in particolare la struttura
portante della sezione presse andandola a rinforzare.
Un altro possibile intervento è la rettifica dei cilindri pressori ed il loro bilanciamento, oppure l’utilizzo di feltri precompattati e precalibrati dotati dove sia
possibile di uno strato di fibra ammortizzante.
Può essere utile portare il sistema di carico da pneumatico ad idraulico.
3. FATTORI CHE INFLUENZANO
LA PRESSATURA
3.1 TEMPERATURA
La temperatura del nastro fibroso all’ingresso delle presse è molto importante, per un semplicissimo motivo, ovvero: l’acqua per le sue caratteristiche fisiche con l’aumentare della temperatura diminuisce la sua tensione superficiale
permettendo cosi una maggiore facilita di drenaggio dalle capillarità del nastro
fibroso all’esterno.
3.2 IMPASTO
Le caratteristiche delle fibre utilizzate nell’impasto svolgono anch’esse un
ruolo molto importante.
Infatti le loro caratteristiche determinano, come si dice in gergo, se un impasto e più o meno “grasso”. Questo parametro può determinare la ritenzione
d’acqua da parte delle fibre che non può essere eliminata meccanicamente ma solo per evaporazione.
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Per esempio mettiamo a confronto due tipologie di impasto diverse per
capire come si comportano nella fase di pressatura:
IMPASTO A
FL 35%
FC 40%
FF 15%
PL 20%
IMPASTO B
SR° 25
SR° 22
SR° 25
SR° 40
FL 20%
FC 30%
FF 10%
PL 40%
SR° 25
SR° 22
SR° 25
SR° 40
Come si può notare l’impasto B contiene molta più pasta legno
dell’impasto A che ha un valore di 40 SR°. Quindi, come si può intuire, a parità
di condizioni di pressatura l’impasto A darà un grado di secco maggiore di B
perché la quantità di pasta legno contenuta in B determina una maggiore ritenzione dell’acqua e quindi un minor drenaggio sia sulla tavola piana che nella sezione presse; di conseguenza si avrà una carta meno scolante e tale effetto si ripercuoterà in seccheria, richiedendo una quantità di energia termica maggiore.
3.3 PRESSIONE (PRESSURE CONTROLLED E FLOW CONTROLLED)
Altro fattore molto importante è la pressione che viene esercitata
all’interno del nip (espressa in KN/mt). Infatti in base alla pressione che noi esercitiamo possiamo ottenere diverse caratteristiche fisiche e meccaniche del supporto cartaceo. Ad esempio pressioni troppo elevate consentono di ottenere un
buon grado di secco ma con una notevole riduzione di spessore del foglio, quindi
minor morbidezza; al contrario, minor pressione dà maggiori caratteristiche di
spessore e morbidezza, ma una quantità d’acqua asportata nettamente inferiore
con conseguente spreco energetico per l’evaporazione in seccheria.
Considerando che si è vincolati alla velocità della macchina ed a valori di
pressione specifici per tipologia di carta, varia anche il tempo di permanenza della carta nel nip.
In base a questo tempo di permanenza possiamo distinguere due tipologie
di carte:
PRESSURE CONTROLLED
Le tipologie di carte che appartengono a questo gruppo sono generalmente
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di grammature leggere, dove è necessario applicare un valore di carico molto elevato per ottenere un alto impulso avendo la velocità della macchina e il tempo
di permanenza nel nip poca influenza. Questo possiamo ottenerlo utilizzando cilindri piccoli e duri.
FLOW CONTROLLED
Le carte che appartengono a questo gruppo sono carte molto pesanti e
molto raffinate il cui impulso è mantenuto molto elevato grazie all’aumento della
permanenza della carta all’interno del nip, quindi velocità minori, cilindri più
grandi e più morbidi e l’utilizzo di una shoe press.
3.4 TIRO LIBERO
Questo fenomeno si ha quando il foglio deve essere trasferito da un nip
all’altro della sezione presse e dall’ultima pressa alla seccheria. Essendo la carta
ancora molto bagnata quindi con caratteristiche meccaniche non ottimali si deve
effettuare un tensione ben definita per poter staccare la carta dai feltri senza danneggiarne la struttura. Questa fase è molto delicata perché un eccessivo tiro può
distruggere i legami, poco tiro invece può creare pieghe e grinze con conseguente
rottura della carta. Con questa formula si può calcolare la tensione a cui viene
sottoposto il nastro di carta:
T = ( L – cos a ) + M * V^2
Dove:
L = lavoro per unità di superficie da compiere per separare il nasto
a = angolo di separazione
M = grammatura
V = velocità
Il problema di gestire correttamente i tiri liberi risulta tanto maggiore, tanto quanto è elevata la velocità della macchina; infatti le macchine continue di
nuova concezione vengono progettate con in minor numero possibile di tiri liberi.
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3.5 DRENAGGIO SULLA TAVOLA PIANA
La percentuale di secco della carta all’uscita della tavola piana influisce
molto sulla resa finale del gruppo presse.
Infatti maggiore sarà il grado di secco all’ingresso della sezione presse,
maggiore sarà il secco in uscita. Maggiore sarà l’uniformità del secco sull’intero
formato carta, senza grosse variazioni di spessore e umidità, maggiore sarà la
qualità del foglio all’uscita delle presse. Si determina quindi che una buona gestione degli elementi drenanti della tavola piana influisce notevolmente sulla resa
della sezione presse.
4.TIPI DI RIVESTIMENTO
4.1 MORBIDI E DURI
Vi sono due grandi classi di rivestimenti per presse: “morbidi e duri”.
L’unità di misura di tale durezza è il POUSEI JONES (PJ).
Il materiale utilizzato per la costruzione di presse svolge anch’esso una
funzione molto importante relativa ovviamente alle tipologie di carte da produrre.
Per produrre carte pressure controlled si devono utilizzare cilindri con PJ
molto bassi 0-2, (come il granito) e circa 7 PJ per presse scanalate (questo per evitare che la pressione deformi le scanalature chiudendole).
Nel caso di carte flow controlled si useranno materiali con PJ maggiori per
ottenere una deformazione maggiore, quindi nip più larghi, i cilindri in materiale
più morbido.
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5.CARATTERISTICHE DELLA CARTA
LEGATE ALLA PRESSATURA
5.1 SPESSORE E DENSITÀ
Queste caratteristiche dipendono dal carico totale di compressione applicato alla carta nei vari nip, ma anche dal modo in cui tale carico è stato applicato,
ovvero dal numero di nip dalla e pressione specifica.
Siccome la pressione aumenta la densità della carta e quindi diminuisce la
distanza tra le fibre favorendo la formazione di legami meccanici ma soprattutto
chimici, per cui a maggiore densità corrisponde maggiore resistenza meccanica
alla rottura, scoppio, compressione, allungamento. Le uniche caratteristiche che
si riducono all’aumentare della densità sono la lacerazione e la rigidità. Risulta
ovvio che maggior pressione è pari a minor spessore.
5.2 MIGRAZIONE DI FINI E CARICHE
Contrariamente all’opinione spesso diffusa tra i cartai, la pressatura non
provoca migrazione di fini e cariche entro la struttura del foglio, la quale nella
sezione presse si presenta ormai definitivamente consolidata. Si è notato invece
che per paste molto magre, ad alta velocità, quindi con nip molto stretti, vi è un
debole accenno a qualche migrazione di fini e cariche.
5.3 LISCIO SUPERFICIALE
Il lato feltro del foglio risulta maggiormente compatto, ma il foglio tende a
riprodurre la superficie molto più grossolana del feltro. Il lato a contatto con il
rullo liscio tende a riprodurre la superficie uniforme. Se lo stesso lato del foglio
passa prima in contatto con il feltro e poi con un rullo liscio nel nip successivo,
alla fine risultare compatto e liscio.
La carta, all’uscita delle presse e fino alla calandratura, presenta una differenza di liscio tra i due lati, che tiene conto della storia complessiva dei contatti
che ha subito nei vari nips con rulli feltrati o lisci, anche se mantiene soprattutto
l’impronta dell’ultimo nip. Il foglio all’uscita delle presse presenta sempre in ogni caso una finitura asimmetrica e solo con un ultima pressa lisciante non feltrata (offset) si potrà minimizzare questa differenza.
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5.4 DOPPIO VISO
Uno dei problemi ancora irrisolti ma solo mascherati è il doppio viso, ovvero una differenza delle caratteristiche superficiali sui due lati della carta. Questa differenza è principalmente identificabile nel liscio superficiale, nel contenuto
di fini e di cariche delle due facce del foglio.
Essa è abbastanza accentuata sulle macchine con tavola piana tradizionale
ove vi è una sola tela con una sola via di drenaggio dell’acqua.
Per ovviare a questo problema oggi la tecnologia usufruisce di tavole piane a doppia tela, quindi con due vie di drenaggio che permettono una disposizione più omogenea di cariche, pigmenti e coloranti nella direzione Z della macchina riducendo cosi il doppio viso.
Si utilizzano presse offset, lisce, si patina in maniera diversa sui due lati in
caso di carte patinate, ma il problema del doppio viso non si risolve completamente ma viene solamente mascherato.
5.5 MARCATURE SUPERFICIALI
Tra i difetti superficiali che possono essere causati dalla pressatura ci sono
le marcature superficiali che si possono creare principalmente sul lato feltro e nel
caso di utilizzi presse scanalate o a fori.
Un errata regolazione della pressione o del vuoto delle parti aspiranti può
causare una densificazione di fibre molto più elevata rispetto alle altre zone del
foglio in prossimità di fori o delle fessure della camicia della pressa. Questo fenomeno causa una maggiore opacità che si evidenzia assumendo la forma delle
caratteristiche superficiali della pressa, sia essa a fori che a fessure.
Tali marcature sono più visibili quando si utilizzano paste chimiche rispetto a paste meccaniche perché meno opache.
Per ridurre tale fenomeno occorre ridurre il percorso trasversale che
l’acqua all’interno del contesto fibroso che compie per raggiungere il foro o la
fessura della superficie della pressa.
È quindi utile cercare di ottimizzare il numero di fori, aumentandone il
numero diminuendo proporzionalmente l’area oppure ricorrere a combinazioni di
fori e fessure.
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Figura dello shadow marking
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6. TIPOLOGIE DI PRESSE
6.1 PIANE, MONTANTI, INVERSE
La pressa piana si può riconoscere strutturalmente in quanto è composta
da un cilindro di materiale molto duro (granito, stonite, microrock, dynarock ) e
da un cilindro più morbido generalmente in gomma.
Il cilindro più duro è posizionato superiormente al cilindro in gomma, con
l’asse leggermente spostato dalla perpendicolare dell’altro favorendo cosi lo scarico dell’acqua che scorre lungo il cilindro inferiore in senso contrario a quello di
marcia e viene raccolta in un apposita vasca.
Nella pressa piana ad essere lisciato è il lato feltro mentre in quella montante il lato tela, facendo passare la carta al di sotto del cilindro feltrato per poi
invertire il senso di marcia ed entrare nel nip per poi ritornare nel senso di marcia. Nelle presse inverse (praticamente una piana rovesciata) il cilindro morbido
preme su quello duro dall’alto verso il basso e l’acqua viene scaricata per forza
centrifuga e raccolta in una vasca oppure aspirata tramite una pressa aspirante.
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Presse piane inverse e montanti
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6.2 PRESSA ASPIRANTE
Questo tipo di presa ha praticamente rivoluzionato il mondo cartaio, permettendo di ottenere risultati produttivi e qualitativi molto maggiori rispetto alle
presse tradizionali.
La pressa aspirante è quella pressa composta da una camicia morbida in
poliuretano, forata con fori passanti e ciechi collegati ad una camera di aspirazione posta in depressione che va a premere contro un cilindro di durezza maggiore.
Questa pressa è strutturata in questo modo: un albero passante che fa da
supporto al mantello in poliuretano che ruota per mezzo di cuscinetti montati
all’estremità dell’albero. Internamente la pressa è costituita da un settore aspirante posizionato in modo che il feltro con la carta aderisca ad esso prima
dell’ingresso della carta nel nip e termini in corrispondenza della fine del nip
stesso in modo cosi da evitare il problema della riumettazione del foglio.
Tale settore può essere regolato anche in larghezza, in modo da poter regolare l’aspirazione sui bordi del formato carta evitando cosi la possibilità di aspirare aria falsa concentrando l’azione aspirante esclusivamente sul formato carta. Inoltre vi sono anche sistemi di lubrificazione delle tenute del settore aspirante
diminuendo cosi il fattore usura.
Questa pressa ha un alta capacità drenante favorita dalla superficie del
mantello che presenta fori passanti che grazie all’aspirazione estraggono l’acqua
dall’interno del nip mentre i fori ciechi scaricano per centrifugazione.
I fattori che influiscono sul rendimento di questa pressa sono: strutturalmente la superficie aperta ed il numero di fori presenti sul rivestimento, ovviamente tali caratteristiche variano al variare delle tipologie di carta prodotte, mentre le principali caratteristiche di produzione sono l’umidità di entrata nel nip, la
temperatura e la scolantezza. Più alti sono questi valori, maggiore sarà il grado di
secco.
Questa tipologia di pressa viene normalmente montata come primo nip
dove la pressione esercitata è relativamente bassa per poter cosi ovviare al problema dello shadow marking.
Con le nuove tecnologie di costruzione, questa pressa può avere anche tre
zone di aspirazione che sono state ottimizzate per svolgere anche la funzione di
stacco della carta dalla tela e di accompagnamento del nastro fibroso all’interno
del primo nip evitando cosi il problema del tiro libero.
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Ovviamente le zone di aspirazione sono separate da delle tenute ed ogni
zona avrà una depressione diversa in base alla funzione che deve svolgere;
all’interno del nip sarà maggiore che nella zona di stacco della tela e nella zona
di accompagnamento.
Pressa aspirante
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6.3 PRESSE RIGATE
Le presse rigate o venta nip, sono caratterizzate da un cilindro che presenta sulla superficie delle scanalature su tutta la circonferenza.
Tali scanalature variano di numero per pollice lineare, nella profondità sul
mantello e nella loro larghezza in modo da poter costruire la pressa che più si adatta al tipo di carta che si deve produrre.
Queste presse accolgono l’acqua dal feltro nelle fessure del mantello scaricandola per forza centrifuga e con l’utilizzo di una raschia in una vasca di raccolta.
La raschia, grazie anche ad un sistema di spruzzi impedisce la formazione
di agglomerati di sporco. I principali vantaggi di queste presse sono la loro semplicità costruttiva e i costi ridotti, mentre gli svantaggi sono legati al tipo di rivestimento in gomma (potrebbe verificarsi la chiusura delle scanalature per lo sporco o per carichi di pressione troppo elevati) o ai feltri per marcature e disuniformità nella distribuzione della pressione.
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6.4 PRESSE A FORI CIECHI
Questa pressa è costituita da un rullo morbido che presenta sulla superficie
dei fori che variano per diametro e profondità.
Il principio di funzionamento è semplice, infatti l’acqua dal nip migra
all’interno dei fori, che poi grazie alla morbidità del mantello e dalla forza centrifuga espelle l’acqua in una vasca di raccolta.
Il vantaggio di questa pressa è principalmente l’economicità mentre il grosso svantaggio è che necessita di frequenti rettifiche a causa della basa durezza del
mantello in gomma; purtroppo però se usassimo un materiale più resistente non riusciremmo ad ottenere l’effetto autopulente dei fori.
Altro limite all’utilizzo di questa pressa è che essa deve essere utilizzata con
macchine continue che superano una certa velocità altrimenti non si avrebbe un effetto centrifugo sufficiente per poter scaricare l’acqua.
Disegno fori ciechi
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6.5 SHOE PRESS
La Shoe Press o pressa a scarpa è l’ultima evoluzione tecnica nella pressatura della carta.
Con questa tipologia di presse, definite anche più comunemente a nip largo,
si può arrivare a nip anche di 20 centimetri, consentendoci di applicare un elevato
carico lineare con la conseguenza di applicare alla carta un elevato impulso di
pressione. Paragonandola alle presse fino ad oggi utilizzate si nota che con questa
tipologia di pressatura otteniamo un impulso di pressione 8/10 volte maggiore a
seconda della larghezza della scarpa. Un maggiore impulso di pressione migliora
efficacemente la disidratazione, aumentando così la resistenza del foglio umido.
Il compito di asportare l’acqua è sempre dato da un feltro che deve però entrare nel nip con una pressione idraulica inferiore a quella del foglio, potendo così
assimilare l’acqua. Con una zona di pressione che cresce graduatamente all’interno
del nip per poi decrescere bruscamente all’uscita.
La struttura della Shoe Press la si può vedere nella figura della pagina seguente: è composta da un cilindro a superficie liscia che non va a premere contro
un altro cilindro, ma contro una camicia in poliuretano (a fori ciechi o scanalati)
trattenuta da due flange laterali che gli consentono di ruotare seguendo così il cilindro.
L’acqua strizzata all’interno del nip viene raccolta all’interno di questi fori e
poi scaricata per forza centrifuga all’esterno del nip. Di seguito la camicia viene
poi lavata con spruzzi d’acqua fresca e tenuta pulita anche da una raschia in modo
da ottenere una pulizia ottimale della camicia stessa.
Sotto la camicia è presente un organo di pressione detto scarpa che esercita
tramite un pistone una pressione in una camera che contiene olio idraulico che la
trasmette alla camicia ed al feltro.
In questo modo possiamo esercitare un elevato carico lineare esteso su di un
nip molto lungo, ottenendo così una grande disidratazione del foglio.
Nelle presse a scarpa di ultima concezione, all’interno della scarpa ci sono
due zone di pressione che consentono una maggior flessibilità di carichi in modo
da poter esercitare pressioni diverse ottenendo un miglior controllo del profilo di
umidità.
La scarpa è dotata anche di un sistema di ricircolo dell’olio all’interno
della camera che oltre ad avere la funzione di reintegro dell’olio esausto consente
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di ottimizzare la distribuzione termica dell’olio sull’intera lunghezza della scarpa,
perché diverse temperature di esercizio portano a diverse viscosità dell’olio e
quindi diverse pressioni di lavoro che non riusciremmo a controllare, quindi migliore sarà l’uniformità termica dell’olio in pressione migliore sarà la distribuzione
del carico lineare applicato.
Shoe presss
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6.6 STRUMENTI DI PULIZIA
I cilindri scanalati e a fori ciechi usufruiscono di sistemi di pulizia che permettono di asportare le impurità che non vengono espulse dall’autolavaggio causato dalla forza centrifuga.
Un sistema molto efficace per la pulizia è la raschia che sfrutta il sistema
foils della tavola piana, infatti oltre che raschiare nel vero senso della parola modificandone l’angolo possiamo aumentare o diminuire l’effetto foils in base alle nostre esigenze.
Le raschie sono di geometrie e materiali diversi in base al lavoro che devono svolgere. Per la pulizia di un cilindro in poliuretano si userà una raschia morbida, mentre per un cilindro in granito si possono utilizzare raschie molto più dure,
ad esempio in acciaio o in fibra di carbonio, come per le raschie che devono svolgere la funzione di stacco della carta in fase di rottura per mandarla nel pulper di
macchina.
Le raschie sono dotate di supporti appropriati, una specie di pinza ad aria
che la blocca in modo da evitare vibrazioni e variazioni dell’angolo di lavoro, e da
un sistema oscillante per uniformarne l’usura.
Nella figura seguente si possono vedere dei supporti di raschie
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Disegno raschie
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7. FUNZIONE DEI FELTRI UMIDI
7.1 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL FELTRO
Come già citato, il feltro svolge una duplice funzione, quella di trasporto
dell’acqua di pressatura e quella della conduzione del nastro fibroso causa le sue
scarse caratteristiche meccaniche dovute alla presenza di una grande quantità
d’acqua ancora presente nel contesto fibroso.
In principio i feltri erano costruiti con lana. Con l’aumento delle velocità e
delle esigenze delle cartiere si è passati alla costruzione di feltri in fibra di poliammide mentre al giorno d’oggi si usano feltri costruiti in fibra di poliestere.
Queste evoluzioni tecnologiche hanno consentito di ottenere feltri di maggiore durata, ovvero un notevole aumento della resistenza sotto il carico di pressione e una maggiore flessibilità.
Altre caratteristiche importanti dei feltri moderni sono la resistenza
all’abrasione, ai reagenti chimici utilizzati per la produzione ed il lavaggio, alla
compattazione ed al calore. Tutte queste componenti sono presenti nelle nostre tipologie di feltri umidi per la pressatura della carta.
Caratteristiche che distinguono i feltri sono anche lo spessore che varia dai
3 ai 5 millimetri e la grammatura che varia dai 700 ai 2000 grammi per metro quadrato.
7.2 CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE
Il feltro è composto da un tessuto di base incomprimibile di mono e multifilamenti sui quali tramite agatura vengono fissati veli di fibra sintetica che, grazie
alla capillarità che creano, fanno da veicolo per l’acqua e per le impurità.
Queste nuove tecnologie costruttive hanno consentito al feltro di poter lavorare in condizioni più critiche e di adeguarsi alle necessità dei costruttori di
macchine continue.
I filati per la costruzione di questi feltri sono cardati o monofilo. Questi sono composti da dei filamenti di origine sintetica ottenuti dalla fusione del polimero
di base fatto passare attraverso apposita filiera.
Questi fili vengono stirati per indurirli ad alti carichi di rottura e basso valore di allungamento.
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Al contrario i filati cardati si ottengono dall’intreccio di fibre quindi non sono una struttura unica ma l’intreccio di più fibre. Successivamente i fili ottenuti
vengono intrecciati tra di loro per ottenere cosi un filo formato da più filamenti, tipo una corda. Questi fili vengono poi tessuti in modo da ottenere il tessuto di base
sul quale verrà agata la fibra per ottenere la capillarità desiderata. Questi tessuti
possono essere usati singolarmente o a strati, come ad esempio il feltro multibase,
il più tecnologicamente avanzato ed utilizzato.
La caratteristica principale del feltro multibase è quella di avere una struttura portante più complessa rispetto alle altre e di avere un struttura di base formata
da più tessuti e non da uno solamente.
La creazione di questo feltro si è resa necessaria per ottenere una maggior
resistenza ed un maggior effetto drenante, causa il continuo aumento dei carichi di
lavoro applicati dovuti al costante incremento di velocità delle macchine continue.
In figura che segue si può vedere la struttura di feltro multibase ove si riconosce la struttura interna e le due facce di agatura che si differenziano tra la superficie a contatto con la carta, che deve avere una finitura superficiale migliore rispetto alla faccia che risulterà a contatto con i cilindri guidafeltro.
Le principali caratteristiche di questi nuovi feltri sono:
- resistenza alla compressione: grazie agli strati interni composti da fili non
compenetranti l’uno con l’altro, la compattazione del feltro viene ritardata e ciò
permette anche un miglior recupero dello spessore dopo ogni passaggio attraverso il nip di pressione;
- assorbimento delle vibrazioni: la struttura stratificata risulta essere più calibrata quindi minori sollecitazioni alle presse;
- marcatura: l’accoppiamento di filati aperti e molto drenanti con tessuti finissimi a contatto con la carta, riduce notevolmente il rischio di marcature superficiali;
- uniformità di pressione: avendo una struttura a densità differenziata è possibile ottenere un elevato numero di punti di pressione sul lato carta ottenendo
quindi una migliore distribuzione dei carichi applicati;
- ricettività all’acqua: la possibilità di poter combinare i tessuti ottenuti con
monofili incomprimibili fa si che si ottengono strutture con un volume vuoto
idoneo per ogni posizione della sezione presse.
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Disegno Feltro multibase
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8. CONDIZIONAMENTO DEI FELTRI
8.1 CONDIZIONAMENTO DI UN FELTRO IN MARCIA
Per migliorare la produttività si è reso necessario il condizionamento dei
feltri in continuo. Come sappiamo nel nastro di carta sono contenute cariche e fini
che migrano all’interno del feltro durante la fase di pressatura.
Questi fini si stabiliscono nelle capillarità del feltro e con l’andare del tempo ne condizionano la resa perché ne diminuiscono le capillarità. Si è reso quindi
necessario applicare dei sistemi di pulizia in modo da asportare tali scarti permettendo così al feltro di lavorare al massimo delle sue capacità.
Come si può notare in figura a pagina seguente, vi sono degli spruzzi a bassa pressione (posti dopo il nip), circa 6 bar, che danno il primo lavaggio al feltro;
in genere sono spruzzi a spillo e svolgono anche la funzione di lubrificante della
superficie del feltro che entra a contatto con la zona aspirante delle cassette di lavaggio del condizionamento.
Di seguito vi sono degli spruzzi a ventaglio di tipo Ross idraulico ad alta
pressione, che varia da 8 a 22 bar, che eseguono il vero e proprio lavaggio. Il sistema Ross è un sistema molto valido; è dotato di ugelli che formano uno spruzzo
a ventaglio, collocati su di un asta mobile che copre tutta la lunghezza trasversale
del feltro. Quest’asta è dotata di un sistema idraulico che la sposta di 1 millimetro
ogni giro feltro per una corsa di 20 centimetri circa ottenendo così un oscillazione
da lato comando a lato servizio che garantisce oltre che una grande efficacia di lavaggio anche la sicurezza che un eventuale intasamento di un ugello, non porterebbe ad avere una zona di minor lavaggio in caso fossero fissi, con la conseguenza di intasamento del feltro e le conseguenze qualitative che si ripercuoterebbero
sulla carta, creando gravi scompensi.
Tale sistema mi consente di avere un margine di errore in caso di intasamenti permettendo agli operatori di intervenire prima di eventuali danni ben maggiori.
La pressione di lavoro di questo sistema di lavaggio varia da 8 a 22 bar in
base alla vita del feltro; infatti più il feltro si usura e compatta tanto maggiore dovrà essere la forza applicata per ottenere un pulizia sufficientemente adeguata al
fine di permetterci di poter continuare la lavorazione della carta.
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Successivamente agli spruzzi tipo Ross, vi sono delle casse aspiranti che
hanno la funzione di asportare l’acqua di lavaggio e di esercitare un’azione di
vuoto che mantiene ravvivata la coltre di agatura che subisce ripetuti schiacciamenti nella linea di pressione.
Molto importante è ricordare che gli spruzzi possono essere utilizzati solo
con feltro in movimento perché l’elevata pressione di lavoro, con feltro fermo, potrebbe causare danneggiamenti della superficie agata .
Tali spruzzi per ottenere un efficacia di lavoro adeguta sono posti a distanza
di circa 10 centimetri dalla superficie del feltro in modo che si possa creare un ventaglio di dimensione adeguata.
Disegno giro feltro pick up garda
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8.2 LAVAGGIO CHIMICO
Comporta una realizzazione abbastanza costosa poiché si richiede
l’installazione di serbatoi, agitatori, dosatori e un consumo non trascurabile di prodotti. Tale trattamento risulta molto efficace nella prevenzione dell’accumulo eccessivo di materiale intasante che, una volta consolidato è poi di difficile rimozione. I prodotti chimici utilizzati per la pulizia dei feltri possono essere di svariata
natura, in base alle impurità che intasano il feltro. I prodotti principalmente utilizzati si possono dividere in agenti tensioattivi, acidi e alcali. L’agente tensioattivo
penetra nel feltro con lo scopo di bagnare il tessuto e le sostanze di intasamento, di
emulsionare queste ultime e di disperderle. I tensioattivi si dividono in anionici e
non ionici, però il primo gruppo è poco utilizzato per la bassa efficacia pulente alle
basse concentrazioni. I tensioattivi non ionici, hanno numerosi vantaggi, tra i quali,
l’insensibilità agli ambienti acidi e basici, grande efficacia anche in piccole dosi,
poca schiumosità ed elevata penetrazione, applicazioni facili e numerose.
-
Acidi: sciolgono l’allume e i carbonati di calcio come pure l’ossido ferrico.
Generalmente si utilizzano acido cloridrico, acetico, solforico.
Alcali: saponificano le resine e le colle. La soda caustica si utilizza senza problemi con i feltri moderni, costruiti al 100% di fibre sintetiche. I lavaggi possono essere effettuati in continuo o fuori macchina.
I reagenti chimici maggiormente utilizzati sono acido cloridrico e soda. Il
risciaquo si effettua con acqua calda a circa 60 gradi.
Paragonando due feltri, uno condizionato con acqua e l’altro con reagente
chimico si nota che quello condizionato chimicamente avrà vita più lunga perché
le particelle intasanti vengono disgregate molto più facilmente e questo lo si nota
visionando il vuoto delle cassette aspiranti, denotato da aspirazioni più blande di
quelle utilizzate per condizionare un feltro condizionato con sola acqua.
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8.3 DIFETTI DAI FELTRI
Un feltro a fine vita può essere causa di difetti che si ripercuotono sulla
produttività e sulla qualità della carta.
Una causa di difetto è provocata dalle vibrazioni che può produrre un feltro
usurato che è soggetto al fenomeno del “barring”.
Nel momento in cui la costante di elasticità del feltro scende sotto valori che
permettono di smorzare gli effetti delle vibrazioni a causa dell’invecchiamento e
della compattazione progressiva, essa subisce deformazioni che non rimangono più
nel campo elastico ma sconfinano in quello plastico.
A questo punto la marcatura si ripercuote ad ogni giro rendendo il feltro
molto irregolare, causando vibrazioni che possono raggiungere limiti critici di pericolo per le strutture meccaniche della macchina.
Un altro difetto è la marcatura lasciata dalla struttura di base del feltro. È
chiaro che feltri con struttura di base molto aperta lasceranno facilmente delle impronte sul foglio tanto più evidenti quanto maggiore è la pressione del nip.
Per ovviare a questo problema si tende a ridurre il diametro dei fili del basamento aumentandone in proporzione il numero in modo da uniformare il carico
di pressione e non perdere volume di capillarità. Un altro elemento sul quale si agisce sono i veli di agatura. Nel caso di marcatura del tessuto basta aumentare la
quantità di velo a contatto con il foglio. Un altro problema che può derivare dai
feltri e lo “shadow marking”, ovvero delle aureole causate dalla pressa aspirante.
Per ovviare a questo difetto si devono utilizzare feltri ad alto spessore e poco comprimibili al fine di mantenere distanziato il foglio dalla zona di vuoto. Finche la distanza sarà sufficiente il feltro manterrà una determinata permeabilità,
senza schiacciarsi ed intasarsi ed il vuoto sarà distribuito in maniera uniforme. È
stato provato che l’inconveniente si intensifica con l’infittirsi del feltro, che chiudendosi, perde permeabilità soprattutto in senso trasversale.
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BIBLIOGRAFIA
ATICELCA ....................... INTRODUZIONE ALLA FABBRICAZIONE DELLA CARTA
OVER MECCANICA .............................................. PRESSATURA DELLA CARTA
Ing. Ignazio MARCHIORO . RELAZIONE TENUTA AL 7° CORSO DI TECNOLOGIA
PER TECNICI CARTARI 1999/2000 PRESSO LA SIC DI VERONA
Ing. Giancarlo MICUCCI ....... RELAZIONE TENUTA AL 7° CORSO DI TECNOLOGIA
PER TECNICI CARTARI 1999/2000 PRESSO LA SIC DI VERONA
Prof. Paolo Zaninelli - SIC ........................................................ MATERIALE VARIO
- BIBLIOGRAFIA -

Tecnologie delle presse

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