La disidratazione meccanica del nastro di carta nella sezione presse

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XVIII corso di Tecnologia per Tecnici Cartari
edizione 2010/2011
La disidratazione
meccanica
del nastro di carta
nella sezione presse
di Collavo Ivan
Scuola Interregionale
di tecnologia per tecnici Cartari
Istituto Salesiano «San Zeno» - Via Don Minzoni, 50 - 37138 Verona
www.scuolagraficasanzeno.com - [email protected]
INDICE
1 - INTRODUZIONE
2 - RIMOZIONE DELL’ACQUA NELLE PRESSE UMIDE
2.1 – Teoria della pressatura nelle presse tradizionali
2.2 - Teoria della pressatura a flusso trasversale
3 - CILINDRI DI PRESSIONE
3.1 - Deformazione dei rulli e bombatura
3.2 - Cilindri a contatto con la carta
3.3 - Cilindri a contatto del feltro
3.4 - Presse a flusso trasversale
3.4.1 - Presse scanalate
3.4.2 - Presse a fori ciechi
3.4.3 - Presse aspiranti
3.4.4 - Presse Fabbric
3.5 - Presse ad impulso elevato
3.5.1 - Pressa scarpa
4 - FELTRI
4.1 - Funzione di un feltro
4.2 - Caratteristiche costruttive
4.3 - Impurità nei feltri
4.4 - Condizionamento in continuo dei feltri
4.5 - Lavaggi chimici dei feltri
5 - COMPONENTI DEL GIRO FELTRO
6 - PARAMETRI DELLA PRESSATURA
6.1 - Impulso di pressione
6.2 - Temperatura
6.3 - Scolantezza
Collavo Ivan – La disidratazione meccanica del nastro di carta nella sezione presse
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7 - INFLUENZA DI ALCUNI PARAMETRI NELLA SEZIONE PRESSE
7.1 - Spessore
7.2 - Liscio superficiale
7.3 - Marcatura superficiale
8 - PROBLEMATICHE SEZIONE PRESSE
8.1 - Tiri liberi
8.2 - Riumidificazione del foglio
8.3 - Svolazzamento del foglio
9 - BIBLIOGRAFIA
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1. INTRODUZIONE
Le macchine per carta fondamentalmente riportano le fibre, precedentemente lavorate,
dallo stato liquido allo stato solido.
Normalmente si entra in cassa d’afflusso con delle densità del 1%, che corrisponde a 1 parte
di fibra e 99 di acqua, acqua che con dei processi di drenaggio libero, forzato e per
essicazione deve essere tolta.
Alla fine della tele di formazione di una macchina continua, il nastro di carta ha un
contenuto di secco del 18-25%.
L’ulteriore disidratazione avviene esclusivamente nella cosiddetta sezione presse, per effetto
meccanico e nella seccheria, per effetto termico.
Poiché i costi per l’asciugamento termico sono elevati, l’economia dell’intero processo di
produzione dipende soprattutto dalla efficienza della sezione presse.
Se si considera che un elevato contenuto di secco alla fine della sezione presse, non solo
riduce il consumo di vapore necessario per l’asciugamento, ma riduce pure le rotture del
nastro di carta, si può così assumere come regola di massima, che l’aumento del grado di
secco del 1% nella sezione presse, corrisponde ad un aumento della produzione o ad un
risparmio di vapore per asciugamento di circa 5/6%.
Sezione presse cartiera Reno de Medici di S. Giustina bellunese
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2. RIMOZIONE DELL’ACQUA NELLE PRESSE
2.1 TEORIA DELLA PRESSATURA NELLE PRESSE TRADIZIONALI
Fino al cilindro aspirante si elimina soltanto buona parte dell’acqua libera fra le fibre.
Per disidratare ulteriormente il foglio si ricorre ad una serie di presse costituite da due
cilindri rotanti premuti con forza uno contro l’altro, fra i quali passa il foglio di carta,
trasportato da un feltro umido ad anello, che lo sostiene e s’imbeve dell’acqua strizzata
scaricandola poi a sua volta sotto l’effetto della pressione.
Qui sotto viene riportato lo schema della direzione di trasferimento dell’acqua del sistema
acqua/feltro durante la pressatura:
1.
2.
3.
4.
5.
cilindro superiore
cilindro inferiore
foglio
feltro
direzione del flusso dell’acqua
nella zona di contatto
La linea mediana della zona di contatto divide la pressa in due sezioni corrispondenti ad
una fase1, all’entrata nella pressa, nella quale i cilindri comprimono sia la carta che il feltro
e ad una fase 2, all’uscita della zona di contatto, nella quale la carta ed il feltro si espandono.
a) Nella prima fase, sotto l’azione della pressione, poiché la carta è più satura d’acqua
rispetto al feltro, si determina una differenza di pressione idraulica che trasferisce
l’acqua dalla carta al feltro. Se si raggiunge la saturazione del feltro prima che si
arrivi al centro del NIP si crea una quantità d’acqua eccedente che non potendo
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passare attraverso il calibro formatosi fra i due cilindri tende a defluire a monte degli
stessi.
b) Nella seconda si verifica un recupero elastico parziale sia della carta che del feltro e
si determina un trasferimento parziale dal feltro alla carta, con conseguente
riumettatura, a causa delle dimensioni dei capillari dei due materiali (i capillari della
carta sono più sottili di quelli del feltro).
Il limite maggiore di queste presse è la velocità, per ovviare a questo problema sono
state create delle presse in cui la rimozione dell’acqua avviene perpendicolarmente al piano
del foglio.
2.2 TEORIA DELLA PRESSATURA A FLUSSO TRASVERSALE
La figura di seguito riportata rappresenta il NIP di una pressa a flusso trasversale.
Feltro e carta contengono un quantitativo sufficiente d’acqua per raggiungere la saturazione
prima del centro dl nip. Il nip è stato diviso in 4 fasi:
a) la fase 1 illustra l’entrata nel NIP dove ha inizio la curva di pressione e finisce
quando la carta è divenuta satura. Il feltro nella fase 1 non è saturo. Nella fase 1 non
si sviluppa nessuna pressione idraulica.;
b) la fase 2 si estende dal punto di saturazione al punto del centro del nip fino al
massimo punto della curva della pressione totale. In questa fase anche il feltro
raggiunge la saturazione;
c) la fase 3 si estende dal massimo punto della curva di pressione fino al punto del
massimo asciugamento della carta. Questo punto corrisponde al massimo della curva
di pressione nella carta e corrisponde a pressione idraulica zero.
d) la fase 4 indica il punto dove la carta incomincia a espandersi e diventa insatura. Il
feltro è insaturo per tutta la durata dell’intera fase e si espande continuamente.
La curva di pressione è divisa in una curva rappresentante le pressioni idrauliche ed una
rappresentante la pressione del pannello di fibra. La somma di queste due componenti è
uguale alla pressione totale. Poiché il feltro ha una resistenza al flusso minore della carta, la
curva della pressione idraulica nel feltro è molto inferiore e può variare in funzione dello
spessore del feltro. La pressione idraulica nella carta aumenterà poi con la distanza dalla
superficie del feltro a quella del rullo pressa.
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In aggiunta alla curva di pressione, nello schema sono state segnate delle zone indentificate
con le lettere A B C, per indicare il tipo di meccanismo che agisce nelle diverse parti del
nip. Questo comprende il deflusso dell’acqua durante la compressione (A), il flusso a due
fasi quando le forze capillari interverranno (B) e le due fasi di compressione e di espansione
(C).
Riassumendo:
Nella fase 1 - La pressione totale inizia ad aumentare, l’aria defluisce sia dalla carta
che dal feltro. Non è presente nessuna pressione idraulica. Il feltro e la carta sono entrambi
insaturi. Il trasferimento dell’acqua può solo avvenire per mezzo delle forze capillari. Ci si
può aspettare solo un piccolissimo cambiamento del secco della carta durante questa fase.
Tutte le forze sono assorbite dalla compressione delle strutture fibrose.
Nella fase 2 – Il foglio ha raggiunto la saturazione e la pressione idraulica aumenta
trasferendo acqua dalla carta al feltro. Il feltro raggiunge la saturazione e la pressione
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idraulica che viene a crearsi, genera un passaggio di acqua alla pressa inferiore. La
pressione che agisce sulla fibra e la struttura del feltro aumenta durante tutta la fase 2. La
pressione totale raggiunge un massimo nel centro del nip. Nella fase 2 l’acqua defluisce dal
sistema per compressione. Prima che il feltro sia saturo vi sono le forze capillari che
promuovono il trasferimento dell’acqua anche dalla carta al feltro.
Nella fase 3 – La curva di pressione totale diminuisce. In questa fase la compressione
della struttura fibrosa aumenta ad un punto massimo che è anche il punto della massima
essicazione della carta, e corrisponde al punto in cui la pressione idraulica nella carta è zero.
Questo significa che la carta si sta asciugando dopo il centro del nip. Poiché la fase 3 è una
parte in espansione del nip e la carta in questa fase diviene ancora più compressa, il feltro
subisce tutta l’espansione. Questo crea un vuoto nel feltro, che forza l’aria e l’acqua ad
entrare dal di sotto attraverso la pressa sottostante.
Nella fase 4 – Sia la carta che il feltro si espandono, in questa fase la carta diventa
insatura. Le pressioni interne della carta e del feltro sono maggiori della pressione totale. In
questa fase l’aria e l’acqua entreranno dal di sotto attraverso la pressa sottostante.
Comunque, il vuoto, a causa dell’espansione sarà maggiore nella carta che nel feltro e creerà
un flusso a due fasi aria e acqua nel feltro e dal feltro alla carta. Questa riumidificazione
continuerà anche dopo l’uscita dal nip, a causa delle forze capillari, fino a quando il nastro
di carta si stacca dal feltro.
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3. CILINDRI DI PRESSIONE
Col termine pressa si indica una coppia di cilindri accoppiati l’uno sull’altro, fra i
quali passa il foglio di carta accompagnato dal feltro. C’è una distinzione da fare però fra
i cilindri a contatto con la carta e quelli a contatto con il feltro.
Compito dei cilindri è quello di distribuire, in modo quanto più uniforme possibile, la
pressione sul feltro e sul nastro di carta.
A causa delle grandi larghezze di lavoro, del peso notevole dei cilindri e delle
pressioni elevate, questi cilindri devono o essere bombati o costruiti come i cilindri
flottanti.
Poiché a causa della bombatura si può compensare soltanto una determinata linea di
flessione, le sezioni presse moderne vengono oggi costruite utilizzando cilindri flottanti
a zone regolate idraulicamente.
3.1 DEFORMAZIONE DEI RULLI E BOMBATURA
Sotto l’effetto della pressione i cilindri, che possono essere considerati come delle
travi appoggiate alle estremità, si flettono, sia pure in misura limitata. Se non si ovviasse a
questo inconveniente il profilo di umidità all’uscita delle presse non sarebbe uniforme,
risultando più alto nella zona centrale rispetto ai bordi. A questo si può rimediare
intervenendo durante la rettifica, col dare una leggera bombatura a ciascun cilindro, con un
determinato profilo in base alle caratteristiche di deformazione dell’insieme dei materiali
che compongono il cilindro stesso.
Come già detto un cilindro può essere considerato come una trave sostenuta alle due
estremità caricata su tutta la sua lunghezza ed in base a questo esso tende a flettersi secondo
la formula sottostante.
Fmax = pt3 (12i – 7t)/38,4 Ej
Dove:
F = freccia al centro del cilindro (mm)
p = pressione al nip (kg/cm)
t = tavola (cm)
i = interassi supporti (cm)
E = modulo elastico (kg/cm2)
J = momento di inerzia
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Il valore di bombatura che deve essere eseguito equivale al doppio della freccia
massima (Fmax) calcolata con la formula precedente.
Bombè = 2 * Fmax
Prima della bombatura
Dopo la bombatura
E’possibile verificare la regolarità trasversale del profilo di caricamento di una pressa
sulla base di una “nip impression”, termine inglese che indica l’impronta lasciata su carta
carbone inserita fra due cilindri di pressa caricati. In questo modo è possibile calcolare la
correzione che può essere conferita ad uno solo dei due cilindri o ripartita tra gli stessi,
applicando la seguente formula.
C = (Lc2 – Lb2) * (D1 + D2)/(2D1 * D2)
Dove:
C = valore di correzione
Lc = lunghezza impronta al centro
Lb = larghezza impronta ai bordi
D1 = diametro pressa 1
D2 = diametro pressa 2
Poiché non è sempre facile impartire la bombatura adatta in funzione della pressione
che si intende applicare e poiché una volta impartito un determinato bombè si deve lavorare
sempre pressoché con la stessa pressione, sono stati ideati vari tipi di rulli a bombè
regolabile.
Con dei sistemi appositi si deforma opportunamente nella zona di contatto il mantello
del cilindro, il quale ha al suo interno una trave fissa la quale sostiene e contrasta gli
elementi deformanti.
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I sistemi più utilizzati sono:
- olio immerso in una camera in pressione;
- pistoncini o pattini che premono la camicia con un velo d’olio;
- albero interno riscaldato da un solo lato con resistenze elettriche in modo da
flettere per dilatazione termica.
Variando la pressione dell’olio si cambia la bombatura del mantello nella zona di
contatto. In certi casi l’azione di deformazione viene applicata a zone, diventa così possibile
regolare localmente il comportamento della pressa.
Schema di un cilindro bombato regolabile con elementi idrostatici separati:
1 - cilindro cavo rotante
2 – trave stazionarie
3 – elementi a pistone
3.2 CILINDRI A CONTATTO CON LA CARTA
I cilindri a contatto con la carta sono stati a lungo costruiti esclusivamente
utilizzando il granito.
L’aumento della temperatura nella sezione presse, a causa del progressivo utilizzo
delle casse vapore, può provocare, con questo materiale poco resistente al calore, crepe di
tensione termica.
Come sostituto è stato dapprima sviluppato un cilindro riempito di sabbia e con
rivestimento in gomma naturale dura (ebonite), che però si è dimostrato idoneo solo con
velocità modeste.
Soltanto negli ultimi anni, nuovi sistemi di indurimento della gomma hanno
permesso la produzione di presse con caratteristiche adeguate per quanto riguarda la
resistenza al calore, agli agenti chimici e con buoni effetti di lisciatura.
Inoltre sono stati sviluppati anche cilindri con mescole di farina di pietra e
poliuretano.
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3.3 CILINDRI A CONTATTO DEL FELTRO
I cilindri a contatto del feltro influenzano la disidratazione, il profilo di secco del
nastro di carta, la marcatura, la durata del feltro.
Questi cilindri sono sempre più o meno elastici, per poter allargare il nips e quindi, a
parità di velocità della macchina, permettere un prolungamento del tempo di pressione.
Se il mantello del cilindro ha una superficie chiusa e gommata, si parla allora di
cilindro pieno. Per evitare una franatura del foglio ad elevate pressioni esiste la possibilità di
usare vari tipi di mescole di gomma con differenti durezze. La capacità di disidratazione di
tali tipi di presse, anche con feltri molto voluminosi, non è più sufficiente per macchine
molto veloci poiché l’acqua che viene spremuta può defluire soltanto contro il cilindro o
nella direzione di marcia del feltro.
Le presse moderne permettono invece il drenaggio anche in senso perpendicolare a
quello di marcia. Caratteristica di questi cilindri è la disponibilità di uno spazio voluminoso
supplementare, che serve per raccogliere l’acqua spremuta dal feltro. Questo tipo di presse
si chiamano “presse a flusso trasversale” e di seguito sono elencati alcuni esempi.
3.4 PRESSE A FLUSSO TRASVERSALE
3.4.1 PRESSE SCANALATE
Questo tipo di presse hanno il mantello scanalato con anelli circolari o spiralati, i quali
possono ospitare l’acqua ricevuta. Tali presse prendono il nome di “ Venta Nip”. Sotto è
riportato il profilo di una pressa Venta-Nip.
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Le scanalature possono essere larghe da 0,3 a 0,8 mm.
I ponti fra di esse di 2-3 mm.
La profondità della scanalatura da 1,5 a 6 mm.
Gli svantaggi di tale tipo di pressa consistono nel rischio di marcature delle scanalature e
nella loro limitata capacità di raccolta dell’acqua.
Minori limiti hanno le presse con scanalature diagonali, (vedi disegno sotto).
Il profilo diagonale è dato da due serie di scanalature che si incrociano con un angolo
rispettivamente di 30° e 45°. Il volume di raccolta acqua è maggiore. I ponti sono più larghi
e quindi migliora il drenaggio e si riduce il rischio di marcature. Questi profili si sono
dimostrati validi soprattutto con mantelli in polieuretano, mentre in quelli con rivestimenti
in gomma gli spigoli delle scanalature si usurano velocemente con il rischio di
compressione e rottura dei ponti.
I vantaggi di questi tipi di pressa sono la semplicità costruttiva ed i costi ridotti.
Gli svantaggi sono legati alla deformazione del rivestimento, con la possibile
chiusura dei canali e alle possibili marcature e alla disuniforme distribuzione della
pressione.
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3.4.2 PRESSE A FORI CIECHI
I rivestimenti dei cilindri di questo tipo di pressa presenta una serie di fori disposti
sull’intera superficie in modo da poter alloggiare l’acqua. Le presse a fori ciechi a confronto
di quelle scanalate hanno un volume superiore di raccolta d’acqua, però non hanno una
facile evacuazione dell’acqua dai fori dopo il nip, quindi la loro velocità di drenaggio è
sensibilmente peggiore. Questo è anche in funzione del rapporto geometrico fra diametro,
distanza e profondità dei fori.
Di seguito viene visualizzato lo schema di come si comporta una pressa a fori.
I fori sono di diverse profondità per non creare piani di minore resistenza all’interno
della gomma. Solitamente si trovano serie con due profondità diverse, da 10 e 14 mm,
oppure tre profondità, da 7, 11 e 15 mm..
I diametri dei fori variano da 2,2 a 2,8 mm per rivestimenti in poliuretano, fino a 4 mm
per rivestimenti in gomma.
La superficie aperta varia dal 20 al 25%, mentre la durezza del rivestimento varia tra 7 e
12 PJ per presse monofeltrate ed è più morbido per presse doppio feltrate ad elevato
carico lineare.
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3.4.3 PRESSE ASPIRANTI
La pressa aspirante è stata il primo passo per migliorare la disidratazione nelle presse
umide. La superficie del cilindro inferiore è fornito di fori passanti che sono collegati con
una cassetta aspirante. I fori sono disposti su linee a spirale in modo da contenere il rumore
generato dal passaggio di aria ad alta velocità entro ciascun foro. La cassa aspirante fa
tenuta contro la superficie interna della camicia del cilindro e termina con un tubo collettore
uscente dal rullo e collegato con una pompa a vuoto.
Attraverso i fori l’acqua può defluire grazie anche all’aiuto dell’aspirazione, fuori
però dalla zona di aspirazione della cassetta, l’acqua rimasta nei fori viene centrifugata.
La posizione ideale della cassetta aspirante per avere un buon funzionamento deve
essere:
a) la spazzola di tenuta in entrata deve essere posizionata a monte del nip, facendo
attenzione a non uscire dall’arco di avvolgimento del feltro, altrimenti si aspirerebbe
aria falsa con una conseguente caduta del vuoto;
b) la spazzola di tenuta in uscita deve appena essere oltre la congiunzione dei centri dei
due cilindri (superiore e inferiore);
Il diametro dei fori varia da 3 a 4 mm e la distanza dei fori tra 8 e 12 mm, mentre la distanza
fra le righe di foratura varia da 7 a 10 mm.
A causa del vuoto si creano zone con livelli differenti di depressione. In
concomitanza coi fori il nastro di carta viene maggiormente disidratato e quindi anche
maggiormente addensato. Questo effetto porta alla cosiddetta “marcatura dei fori” (shadow-
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marking). Per evitare la marcatura dei fori, i feltri devono possedere una base molto più
rigida.
Questi cilindri trovano preferibilmente impiego là dove devono essere scaricate
grandi quantità d’acqua (come cilindro pick-up o come pressa nella 1° e 2° posizione).
3.4.4 PRESSE FABBRIC
Altra tipologia di presse sono le presse Fabbric (o telini) in cui fra il feltro e la
superficie della pressa viene inserita una tela, che ha il compito di raccogliere l’acqua. Le
tele sono poco comprimibili e costituite da uno o più strati di tessuto di plastica
monofilamento, che deve essere condizionato come un feltro.
Un altro sviluppo è rappresentato dai cosiddetti tele-filtro, in cui il feltro e la tela sono
combinati insieme, onde evitare un doppio montaggio.
3.5 PRESSE AD IMPULSO ELEVATO
L’impulso di pressione è il prodotto della pressione di contatto per il tempo in cui
viene applicato. Per aumentare questo valore sono state studiate delle presse con un nip più
largo. Un nip più largo significa anche zone di contatto più ampie, quindi a parità di
pressione lineare avremo pressioni superficiali minori. Attualmente questi tipi di presse
vengono impiegate su tutti i tipi di carte grazie alla loro efficienza, alla minore pressione
specifica esercitata ed incidono meno nello spessore del foglio.
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3.5.1 PRESSA SCARPA
La pressa scarpa si differenzia dagli altri tipi di pressa perché permette carichi lineari
elevati e perciò delle elevate pressioni. Una pressione maggiore implica un maggior
drenaggio del foglio ed una maggiore resistenza che a loro volta portano ad una migliore
funzionamento e conducibilità della macchina nella sezione presse.
Con la pressa scarpa si ha una superficie di contatto più elevata, intorno ai 250 mm, con
tempi di permanenza all’interno del nip di 20-30 millisec. e la possibilità di applicare carichi
lineari superiori ai 1000-1100Kg/cm. L’impulso di pressione che ne consegue risulta di
circa 10 volte quello di una pressa tradizionale.
La funzione del feltro nel nip, come già detto, è quella di rimuovere l’acqua che
fuoriesce dal foglio. Questo tipo di drenaggio avviene quando la pressione idraulica nel
foglio è maggiore di quella del feltro. Se la curva di pressione aumenta gradualmente
dall’ingresso del nip e attraverso di esso, termina bruscamente all’uscita del nip, questo
processo assicura che la pressione idraulica nel foglio sia sempre maggiore di quella del
feltro dando così origine al maggior drenaggio possibile.
Un grosso vantaggio di questo tipo di pressa è la possibilità di variare il diagramma di
pressione, agendo sui dispositivi di carico. Questo è possibile grazie a dei dispositivi
meccanici in grado di cambiare l’inclinazione della scarpa.
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Modalità costruttive di una pressa scarpa:
a) è rivestita da un manicotto di poliuretano (Belt), il quale è attaccato alle testate. Per
poter mettere in tensione il manicotto le testate si possono muovere in direzione
trasversale rispetto alla macchina;
b) questo manicotto è montato su una gabbia metallica che gli permette una forma
cilindrica;
c) nella gabbia metallica è montata una robusta trave (chiamata giogo) che sopporta la
spinta della pressa;
d) sulla parte superiore della trave di cui sopra come elemento terminale a contatto con
il mantello, si ha una particolare trave chiamata “scarpa” (shoe), con una sagoma
particolare che rispetta la curvatura del controrullo;
e) l’olio di lubrificazione viene alimentato in modo continuo al centro della scarpa in
modo da creare una patina d’olio tra scarpa e manicotto;
Quindi la caratteristica importante della pressa scarpa è che con la sua impronta estesa
consente di ottenere lo stesso grado di secco delle presse tradizionali, applicando un carico
inferiore, però per un tempo più lungo, consentendo uno spessore finale del foglio di carta
più elevato.
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4. FELTRI
4.1 FUNZIONE DI UN FELTRO
Le funzioni di un feltro sono varie e complesse. La prima funzione è di procurare una
struttura nella quale possa defluire l’acqua dalla carta nella parte iniziale del nip e che ne
trattenga la maggior parte nella fase di espansione. Il feltro deve essere in grado di
distribuire la pressione in modo uniforme e procurare un nip soffice. Altro compito
importante è quello di supportare il nastro di carta durante il passaggio all’interno delle
presse, questo perché il foglio presenta ancora scarse caratteristiche meccaniche. Il feltro
inoltre funziona come da cinghia di trasmissione, poiché, in seguito alla trazione del nip,
trascina tutti i rulli presenti nel suo “giro”.
Quindi il feltro ottimale dovrebbe dare una distribuzione della pressione
perfettamente uniforme, dare la minima resistenza del flusso nella zona di trasferimento
dell’acqua e il minor riassorbimento nella parte uscente dal nip. Esso deve presentare anche
una superficie sufficientemente liscia a contatto con il foglio per non danneggiarlo con
marcature (non deve trasmettere al foglio l’effetto tendenzialmente marcante dei fori o delle
scanalature del cilindro). Non deve allungarsi ne accorciarsi o restringersi eccessivamente
durante l’esercizio.
Nel corso degli anni si è passati dai primi feltri in lana, a feltri in fibra di poliammide ed
infine a feltri in fibra di poliestere. I vantaggi ottenuti con l’utilizzo delle fibre sintetiche
sono:
- una maggiore durata del feltro;
- un aumento della resistenza sotto il carico di pressione;
- maggiore flessibilità;
- resistenza all’abrasione ai reagenti chimici;
- resistenza alla compattazione;
- resistenza al calore.
4.2 CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE
I feltri si compongono di uno strato comprimibile ed uno incomprimibile. Lo strato
incomprimibile è formato da un tessuto di base di mono e multifilamenti sul quale, tramite
un processo chiamato “agatura”, vengono fissati dei veli di fibra comprimibili (batt), i quali
hanno il compito di fare da veicolo per l’acqua e da filtro conto le impurità. Il tessuto di
base incomprimibile funge da serbatoio di raccolta dell’acqua, che poi viene scaricata
attraverso i profili della pressa.
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Di seguito vengono riportati alcuni esempi di strutture dei feltri umidi:
Fino a qualche tempo fa i feltri erano fatti ad anello chiuso, però avevano
l’inconveniente dell’elevato tempo necessario per la sostituzione del manufatto. Ora per
risparmiare tempo si sono cominciati a costruire ed utilizzare feltri aperti, che poi vengono
uniti tramite una particolare giunzione, che garantisce ovviamente di non marcare la carta.
4.3 IMPURITA’NEI FELTRI
Un feltro si ritiene intasato quando ha il 90% del volume dei suoi pori occluso. In un
feltro si possono riscontrare delle impurità, che si possono suddividere in quattro gruppi:
1) prodotti chimici coloranti e imbiancanti ottici, che penetrano nelle fibre in
seguito al loro rigonfiamento e si fissano dalla parte più interna del feltro;
2) polimeri sintetici e resinati naturali, che si fissano sulla parte esterna delle
fibre del feltro, in più fanno aderire fra loro le fibre diminuendone la
flessibilità (una fibra irrigidita ha minore capacità di liberarsi dalle
impurità);
3) sostanze di carica e riempitivi legati tra loro da geli di alluminio, i quali
vanno ad ostruire lo spazio fra fibra e fibra;
4) resinati naturali e polimeri sintetici, che rivestono le fibre della superfice
del feltro rendendole appiccicose, trattengono i frammenti di cellulosa e
pasta legno i quali si trasferiscono successivamente sui rulli guida-feltro
ove si stratificano;
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Le impurità dei feltri si possono suddividere in due classi:
1) la prima è quella delle sostanze aglomeranti come colle, ritentivi, amidi,
peci;
2) la seconda è rappresentata da cariche, riempitivi e fibre cellulosiche.
4.4 CONDIZIONAMENTO IN CONTINUO DEI FELTRI
Il feltro umido è una parte vitale della macchina continua, ed è importante mantenere
le funzioni drenanti al più elevato grado possibile.
La sua pulizia viene fatta con il cosiddetto “condizionamento del feltro”, cioè si cerca
attraverso opportuni accorgimenti di riportare costantemente il manufatto alle condizioni
iniziali. Per tale operazione si usa sostanzialmente acqua.
Per il condizionamento di un feltro si usano i seguenti elementi:
1) spruzzi di lavaggio a ventaglio, sono impiegati per diluire le sostanze intasanti
favorendo poi la rimozione da parte dei successivi spruzzi a spillo. Tali spruzzi
vengono di solito dopo l’uscita del feltro dalla pressa, nel lato interno del feltro,
indirizzando il flusso nel cuneo formato dal contatto del feltro con il rullo di
rinvio. In questo modo si favorisce la penetrazione dell’acqua nel manufatto. Si
devono applicare ugelli a ventaglio che assicurino un’omogenea distribuzione
dell’acqua evitando zone scoperte o sovrapposizione di getto;
2) spruzzi a spillo oscillanti, hanno il compito di smuovere i materiali intasanti e ad
aprire il batt e vengono posizionati a lato carta prima delle casse aspiranti.
Le loro caratteristica fondamentali sono:
- ugelli autopulenti con diametro di 1 mm;
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posizionati con una distanza dal feltro di 15/20 cm, importante è che
l’ugello sia posto alla distanza precisa nella quale il getto a spillo si
espande in gocce separate in modo da sfruttare il massimo dell’energia di
lavoro con il minor rischio di usura del feltro;
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un orientamento perpendicolare alla superficie del feltro;
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la corsa di oscillazione (B) deve essere esattamente uguale o doppia della
distanza (d) che intercorre tra i due ugelli. La velocità di oscillazione deve
essere costante ed è consigliabile regolarla con la velocità della macchina.
In questo modo viene assicurata una pulizia uniforme del feltro, evitando la
formazione di fasce lavate con diversa intensità a seconda che l’azione dei
getti si sovrapponga o no;
di seguito viene riportato un disegno che mostra le parti di cui è composta
una canna brauton.
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pressione di lavoro da 7 a 15 bar in continuo e da 7 a 20 bar in discontinuo
(in discontinuo per evitare danneggiamenti al feltro è importante limitare
l’azione al minimo indispensabile quando si utilizzano elevate pressioni);
3) spruzzi nebulizzatori di umettatura, hanno la funzione di formare un sottile velo
d’acqua sulla superficie del feltro, per ridurre l’abrasione tra il feltro e la
copertura della cassa aspirante e favorire la tenuta per permettere la massima
aspirazione. La pressione dell’acqua deve essere da 1,5 a 3 bar;
4) esempio di consumi d’acqua in funzione degli ugelli in uso:
Doccia fissa a ventaglio
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Doccia oscillante ad
alta pressione
5) casse aspiranti, hanno la funzione di estrarre la maggiore quantità di acqua
presente nel feltro, proveniente sia dalla pressatura del foglio, sia dagli spruzzi e
con essa favorire l’eliminazione delle sostanze intasanti. L’aspirazione di tali
casse deve essere uniformemente distribuita su tutto il formato di macchina. Le
bocche di aspirazione sono rivestite con materiali a basso coefficiente d’attrito
(come ceramica o plastica ad alta densità). Per creare il vuoto ci sono degli
impianti appositi ed i vuoti nelle varie posizioni si possono differenziare. Il vuoto
varia da 25/35 kPa per un feltro nuovo e da 45/55 kPa su un feltro
intasato/compattato. Il tempo richiesto di permanenza del feltro sulle fessure di
aspirazione varia da 2 a 4 ms;
- 23
Ci sono diversi modelli di casse aspiranti, alcuni di questi sono: singole – doppio slot
e zig zag.
4.5 LAVAGGI CHIMICI DEI FELTRI
È opportuno lavare i feltri anche con delle soluzioni chimiche e, in base al tipo di
sostanze intasanti, scegliere gli agenti più idonei per la loro eliminazione.
Dopo una valutazione tecnica ed economica si stabiliscono dei cicli di lavaggio, che
possono essere eseguiti sia con macchina funzionante che a macchina ferma.
Basandoci sull’esperienza fatta alla Cartiera Reno De Medici di Santa Giustina
Bellunese, sono stati valutati idonei i seguenti modi di operare per i lavaggi dei feltri, e ciò
- 24
tenendo conto della loro durata e della loro efficienza. La durata media dei feltri da noi
impiegati va da 4 a 6 mesi per i feltri della sezione presse, a 12 mesi per il feltro prenditore.
Vengono eseguiti lavaggi sia con la macchina in produzione e sia durante le fermate
programmate.
a) Lavaggi durante la produzione:
Lavaggio acido: serve per l’eliminazione di sostanze minerali (biossido di
titanio, caolino, carbonato di calcio, ecc…) resine sintetiche, pigmenti,
mucillaggini e ferro.
Per ogni manufatto si dosano 1.000 litri di soluzione HCl al 5% + passivante
sulla quantità di HCl (1200 cc di esamina liquida al 40% densità 1.08).
b) Lavaggio a macchina ferma, sono lavaggi eseguiti durante le fermate
programmate:
1) Chiudere tutti gli spruzzi e fermare il vuoto
2) Dosare attraverso l’apposita canna 1.000 litri di soluzione di soda al 5% +
1 kg di sapone sciolto in acqua
3) Lasciare girare per 2 ore a marcia lenta
4) Aprire le acque di lavaggio e avviare il vuoto per circa ½ ora
5) Richiudere gli spruzzi e fermare il vuoto
6) Dosare attraverso la canna 1.000 litri di soluzione di acido cloridrico al 5%
+ 1200 cc di esamina liquida al 40%
7) Lasciare girare per circa 2 ore a marcia lenta
8) A lavaggio terminato, rimettere tutto in funzione normale
Durante le operazioni per i lavaggi chimici dei feltri gli operatori che eseguono
questa mansione devono proteggersi dai prodotti chimici, indossando le specifiche
protezioni previste: grembiule anticorrosivo + occhiali protettivi + guanti antiacido.
Al termine dei lavaggi vengono dosati 500 litri sola acqua allo scopo di lavare
l’impianto dai residui di acido.
- 25
5. COMPONENTI DEL GIRO FELTRO
Il giro del feltro è composto dai seguenti elementi, indispensabili per una corretta marcia
del feltro:
1) da un castigafeltro, generalmente è pneumatico e controlla il movimento del cilindro
mediante una membrana ad aria ed una molla, che contrasta la posizione del cilindro.
Il cilindro di norma è bloccato a lato servizio (non ha la possibilità di andare
avanti/indietro) ed a lato comando ha uno dei due sistemi sotto riportati per poter
comandare il feltro.
2) da una paletta tastatrice, la quale sfiora il bordo del feltro ed è collegata ad una
valvola pneumatica. Qualsiasi spostamento della paletta regola automaticamente la
pressione dell’aria nella membrana variando di conseguenza la posizione del cilindro
castigafeltro. Quando il feltro inizia a sbandare, la paletta comanda il cilindro
castigafeltro per contrastare la deviazione del feltro. Il movimento del cilindro
costringe il feltro a spostarsi nella direzione opposta.
3) da un’altra paletta tastatrice che controlla sempre lo sbandamento del feltro ma dà
l’impulso per segnalare uno spostamento anomalo. Di solito viene segnalato
l’allarme visivamente con un lampeggiante.
4) da un tendifeltro, il quale deve garantire la corretta tensione del feltro durante il
funzionamento della macchina e compensare l’allungamento dovuto all’usura, oltre
che per l’allentamento in fase di sostituzione.
- 26
5) da un cilindro stendifeltro o a curvatura fissa, che viene usato per mantenere diritta la
cucitura del feltro e controllare il perfetto stendimento. L’utilizzo di questi cilindri
consente di mantenere il feltro nelle condizioni ottimali.
La curvatura può essere regolata in 3 posizioni e si hanno le seguenti risultati:
posizione A, quando la curva incide
maggiormente nel feltro per cui tende a
chiudersi. Questa regolazione provoca un
arretramento del centro rispetto ai bordi e
consente quindi di allineare la cucitura del
feltro qualora il centro risultasse avanzato
rispetto ai bordi;
posizione B, posizione orizzontale il feltro
viene steso in modo uniforme su tutto il
cilindro;
posizione C, la curva si trova arretrata rispetto
al feltro, i bordi sopravanzano. Con questa
regolazione si arretrano i bordi del feltro e si
consente al centro di riallinearsi;
- 27
6. PARAMETRI DELLA PRESSATURA
6.1 IMPULSO DI PRESSIONE
Lo scopo principale di una sezione presse è quello di rimuovere l’acqua con mezzi
meccanici ed il parametro che determina la quantità d’acqua rimossa è l’impulso di
pressione. L’impulso di pressione viene definito come il prodotto della pressione
superficiale (Kg/cm2) per il tempo in cui essa agisce all’interno del nip, oppure anche come
rapporto tra la pressione lineare (kg/m o KN/m) e la velocità della macchina.
In definitiva:
l’impulso di pressione è una pressione per un tempo determinato
IMPULSO = P(kg/cm2) * t(millisec)
Quindi se vogliamo aumentare il grado di secco dopo la pressa occorre aumentare
uno dei due parametri che compongono l’impulso, cioè la pressione specifica e/o il tempo
per cui essa è applicata.
Negli anni si è cercato di distinguere i vari tipi di carta e di suddividerli in due gruppi
distinti:
1 - carte “pressure controlled”, nelle quali il drenaggio è regolato dalla pressione che si
manifesta entro il nip. Fanno parte di questo gruppo le carte a grammatura leggera e a basso
grado di raffinazione (come carte giornale e carte fini) nelle quali si ha la possibilità di
impartire un impulso molto breve ma di forte pressione senza rovinare la struttura del
foglio. Questo si ottiene con rulli duri e di piccolo diametro.
2- carte “flow controlled”, in cui l’impulso viene regolato dal tempo, poiché il drenaggio è
fortemente legato alla resistenza che trova il flusso dell’acqua a muoversi entro il foglio e
che si manifesta soprattutto nella zona superficiale densificata a contatto con il feltro. Fanno
parte di questo gruppo le carte ad alta grammatura e/o altamente raffinate (cartoncici,
cartone, glassine). Si cercherà quindi di avere pressioni basse ma elevato tempo di
permanenza nel nip. Questo impulso si ottiene con rulli di grande diametro e rivestimenti
morbidi, o con presse scarpa.
- 28
6.2 TEMPERATURA
L’aumento della temperatura sul foglio di carta agisce in due modi diversi:
- diminuisce la viscosità dell’acqua, riducendo quindi la resistenza che trova il flusso
dell’acqua entro il foglio;
- creando un ammorbidimento della parte legnosa delle fibre, portando quindi ad un
minor ritorno elastico del foglio e ad una diminuzione dello spessore all’uscita della
pressa;
Quantificando grossolanamente si può dire che con l’aumento di 10 oC della
temperatura del foglio di carta si ha un aumento di un punto percentuale per quanto riguarda
il grado di secco. Il modo più pratico per innalzare la temperatura della carta è
l’applicazione di una cassa vapore nella sezione presse.
6.3 SCOLANTEZZA
Un’altra caratteristica importate in relazione alla pressatura è la scolantezza intesa
come la facilità di perdere l’acqua. Nelle cartiere si intende la scolantezza con il grado di
raffinazione dell’impasto (espresso in oSR). Quanto più una fibra viene raffinata tanto meno
acqua viene allontanata in fase di pressatura.
- 29
7. INFLUENZA DI ALCUNI PARAMETRI NELLA
SEZIONE PRESSE
7.1 SPESSORE
I carichi di pressione esercitati nella sezione presse, nei vari nip, influenzano lo spessore
del nostro prodotto. Possiamo dire che aumentando il carico di pressione diminuisce lo
spessore e aumenta la densità della carta, diminuiscono quindi le distanze fra le fibre
favorendo i legami chimici e meccanici. Comunque lo spessore dipende si dall’impulso di
pressione, ma soprattutto dalla pressione specifica all’interno del nip, quindi a parità di
valori di impulso in cui il fattore predominante è il tempo darà valori di spessore maggiori
rispetto ad un impulso con predominanza del fattore pressione (questo spiega il maggiore
rispetto dello spessore da parte delle presse a tempo di impulso più elevato come le shoe
press).
Tutto questo produce una maggiore resistenza meccanica, allo scoppio, alla
compressione, alla rottura, ad un maggiore allungamento e un maggiore carico elastico.
Diminuiscono invece la resistenza alla lacerazione e la rigidità.
7.2 LISCIO SUPERFICIALE
Le superfici del nostro foglio tenderanno a riprodurre la superficie con cui sono stati a
contatto.
Il lato del foglio a contatto con un feltro sarà maggiormente compattato, ma il foglio tenderà
a riprodurre la superficie grossolana del batt. Il lato del foglio a contatto con un rullo liscio
tenderà invece ad avere una superficie più uniforme. Per questo motivo di solito alla fine
della sezione presse si può trovare come ultima pressa una pressa lisciante non feltrata.
La carta all’uscita delle sezione presse presenterà una differenza di liscio tra i due lati
che tiene conto della storia complessiva dei contatti che ha subito nei vari nip con rulli
feltrati o lisci, anche se manterrà soprattutto l’impronta che ha ricevuto nell’ultimo nip.
7.3 MARCATURA SUPERFICIALE
La marcatura superficiale del foglio riguarda principalmente i fogli che vengono
pressati mediante cilindri forati o scanalati (soprattutto le presse aspiranti) e si verificano sul
- 30
loro lato feltro. Questo difetto chiamato anche “shadow marking” si presenta sotto forma di
piccoli cerchi riproducenti i fori del cilindro. Questi fori hanno una diversa sfumatura
perché in quel punto cariche, parti fibrose, fini, ecc…, sono state maggiormente asportate
dall’aspirazione. Questo problema si può attenuare usando rivestimenti di gomma più
morbida sul cilindro aspirante, fori più piccoli ma in numero maggiore; questo per ridurre il
percorso trasversale che l’acqua deve compiere per raggiungere un foro sulla superficie del
rullo.
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8. PROBLEMATICHE SEZIONE PRESSE
8.1 TIRI LIBERI
Il tiro libero del foglio di carta si ha tutte le volte in cui il foglio deve autosupportarsi
nel trasferimento da una sezione all’altra (es. dalla tela di formazione ad una sezione presse,
fra le varie sezioni presse, o fra la pressa e la seccheria, ecc.). In questa condizione la
tensione del foglio deve essere tale da evitare anse eccessive o essere troppo tesa. Inoltre la
carta umida presenta resistenze meccaniche molto inferiori rispetto alla carta finita; questo
comporta una struttura fragile e soggetta a rotture.
Quando abbiamo lo stacco di un foglio di carta da una tela, da un feltro, o da un
cilindro, la formula della tensione a cui viene sottoposto il foglio di carta è la seguente:
T = L/(1 – cosα) + mv2
Dove:
T = tensione del foglio
L = lavoro per unità di superficie necessario
per vincere l’aderenza del foglio
α = è l’angolo di stacco
v = velocità del foglio
m = massa del foglio (grammatura)
Analizzando la formula si possono fare le seguenti considerazioni:
- per staccare la carta si deve compiere un certo lavoro, essa reagisce con un
allungamento indipendente dalla lunghezza del tiro libero;
- la tensione è tanto più elevata quanto maggiore è l’angolo di stacco e ciò
dipende dalle caratteristiche di adesione fra carta e rullo/tela/feltro;
- la velocità della macchina influenza molto il tiro, che figura nella formula
con esponente quadrato;
La presenza dei tiri liberi è un limite notevole per l’efficienza complessiva degli
impianti e per questo motivo la tendenza è quella di evitare tiri liberi non solo fino
all’ingresso della seccheria, ma lungo tutta la macchina continua.
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8.2 RIUMIDIFICAZIONE DEL FOGLIO
All’uscita del nip si ha una riumidificazione del nastro di carta, essa è determinata sia
dalla riespansione del foglio, la quale genera una depressione all’interno della struttura e
riassorbe l’acqua, dalla ridistribuzione capillare del velo d’acqua presente tra il foglio ed il
feltro. Questo fenomeno dipende dal rapporto tra i diametri delle fibre di carta e quelle del
feltro, infatti le forze capillari hanno intensità inversamente proporzionali al diametro dei
capillari. Uno dei sistemi per limitarlo è quello di usare feltri con delle fibre finissime in
superficie, cioè con diametri non di molto superiori a quelle delle fibre della carta
(normalmente è da 50 a 100 volte minore rispetto alle fibre del del feltro).
8.3 SVOLAZZAMENTO DEL FOGLIO
In teoria l’ingresso al nip della carta e del feltro dovrebbe essere separato, ma questo
non è possibile per le alte velocità delle macchine e per il tiro libero che si creerebbe,
quindi il foglio di carta entra nel nip dopo essere già stato portato a contatto con il feltro.
Quando le due strutture vengono compresse sotto il nip, espandono la totalità dell’aria
contenuta sia tra di loro che al loro interno. A parte le presse aspiranti dove una parte
dell’aria viene aspirata, per gli altri tipi quest’aria può trovare spazio fra la carta ed il feltro,
arrivando anche a sollevare la carta, formando in questo modo una bolla d’aria che se viene
schiacciata sotto il nip forma delle pieghe.
Per andare incontro a questo problema si possono usare dei feltri con una struttura più
chiusa, applicare delle cassette aspiranti il più vicino al nip, montare dei rulli guidafeltro
aspiranti dove la carta si adagia sul feltro.
- 33
9. BIBLIOGRAFIA
-
La sezione presse della macchina continua – appunti della relazione tenuta dall’Ing.
Marcello Pinto al 18° corso di Tecnologia Cartaria S. Zeno anno 2010/2011
-
La vestizione della macchina continua – appunti feltrificio Albany relazione tenuta
durante il 18° corso di Tecnologia Cartaria S. Zeno anno 2010/2011
-
Presse umide e loro problemi – Atilcelca
-
Manuale del conduttore di continue per carta – Atilcelca
-
Pressa Sym Belt e i suoi componenti – materiale tecnico e dispense di “Metso paper”
- 34

La disidratazione meccanica del nastro di carta nella sezione presse

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