di: Dipl. Ing. (FH) Torsten Bellaire – SchäferRolls
La produzione di carta tissue è uno dei processi più impegnativi dell’industria cartaria: carte estremamente leggere viaggiano a velocità superiori a 2000 m/min, con tempi di asciugatura inferiori a un secondo – richiedendo quindi la massima efficienza tecnologica ed energetica. Con l’aumento continuo dei costi energetici, il processo di asciugatura – in particolare nella zona dei cilindri aspiranti e di pressione sul monolucido – si trova sempre più al centro dell’attenzione.
Consumo energetico
L’essiccazione della carta tissue tramite il cilindro Yankee riscaldato e la cappa ad aria calda è un processo ad alta intensità energetica. Considerando l’aumento continuo dei costi energetici, si cerca in tutti i modi di ridurre il consumo migliorando la disidratazione meccanica. I produttori di carta tissue possono beneficiare direttamente di costi energetici più bassi aumentando il contenuto secco dopo la pressatura, migliorando così l’efficienza dell’intera macchina Yankee. I cilindri di pressione e aspirazione sono progettati per disidratare il velo di carta in modo efficiente e delicato.
Tuttavia, i rivestimenti dei cilindri operano in condizioni estremamente impegnative, creando sfide specifiche nella definizione della geometria ottimale del nip, soprattutto a causa dell’estremo rapporto diametro/lunghezza del cilindro Yankee, delle deformazioni dinamiche indotte dalla pressione interna del vapore, dalla temperatura e dai carichi lineari. I piccoli diametri dei cilindri e le elevate velocità operative delle moderne macchine tissue comportano alti carichi lineari e frequenze di nip elevate. Di conseguenza, i rivestimenti sono esposti a sollecitazioni termodinamiche estreme. I rivestimenti impiegati nella produzione di carta tissue devono quindi garantire la massima durata, stabilità e qualità costante, tenendo conto di elasticità, resilienza e profilo CMD (trasversale alla macchina). I cilindri aspiranti nelle macchine Yankee svolgono la parte più importante della disidratazione meccanica della carta. Sono quindi fondamentali per il risparmio energetico e incidono direttamente sulle prestazioni complessive del sistema produttivo. Pertanto, alcune caratteristiche chiave risultano fondamentali nella scelta del rivestimento per rulli:.
- Elevata capacità di accumulo dell’acqua, ottenuta tramite design superficiali ottimizzati con alte percentuali di superficie aperta ed elevati volumi di drenaggio.
- Larghezza sufficiente del nip per una disidratazione delicata.
- Resistenza all’abrasione per una lunga durata e condizioni operative stabili.
SchäferRolls ha sviluppato il rivestimento tisQ.X per cilindri aspiranti appositamente per le macchine tissue ad alta velocità, al fine di ottenere prestazioni di disidratazione massime e una maggiore efficienza energetica. I rivestimenti tisQ.X sono progettati per offrire la massima resistenza all’umidità, alla temperatura e all’usura.
Sono inoltre adatti ai più elevati carichi lineari e velocità operative. Il composto in poliuretano sviluppato per i rulli di aspirazione tisQ.X offre una stabilità meccanica, dinamica e chimica senza pari. Grazie all’eccellente resilienza dello strato funzionale, il rivestimento si adatta a tutti i design superficiali (fori ciechi, fori aspiranti, rigatura) senza compromettere la stabilità della superficie. Tutto ciò consente un’ampia variabilità nel design superficiale, che porta a un aumento dei volumi vuoti e a percorsi di disidratazione più brevi. Il risultato finale è una disidratazione altamente efficiente – che offre ulteriore potenziale per aumentare il contenuto secco, la velocità operativa e quindi l’efficienza della macchina (Figura 1 e Figura 2). Attraverso l’uso di un rivestimento tisQ.X per cilindri aspiranti con design superficiale ottimizzato, le prestazioni della macchina e della disidratazione della PM10 sono state significativamente migliorate presso WEPA Leuna GmbH.
La PM10 a Leuna produce principalmente carta igienica (70%) e carta da cucina (30%) a una velocità compresa tra 1.800 e 1.950 m/min, con una larghezza utile di 5.500 mm. Il peso specifico varia tra 15,4 e 18 g/m². Presso WEPA Leuna, l’obiettivo era aumentare il contenuto secco tramite una migliore disidratazione meccanica con il cilindro aspirante, per ottenere ulteriori risparmi energetici. Poiché non si erano riscontrati problemi con i precedenti rivestimenti in gomma standard con foratura aspirante e cieca, né in termini di irregolarità del profilo trasversale né di durata, si è cercato un potenziale ulteriore migliorando le prestazioni di disidratazione attraverso l’ottimizzazione del design superficiale, sostituendo i fori ciechi con una fitta rigatura.
Grazie all’eccellente stabilità meccanica superficiale, il rivestimento in poliuretano tisQ.X rappresenta la soluzione ideale per questo scopo. Per determinare il design definitivo della superficie, l’Application Engineering di SchäferRolls ha eseguito un’analisi completa della macchina in loco, compresa un’impronta della superficie del cilindro aspirante in gomma in uso (Figura 3).
Sulla base dei risultati dell’analisi tecnica, con il supporto del software SchäferRolls SurfaceOptimizer – utilizzato per la configurazione e la pianificazione del design superficiale e delle prestazioni di drenaggio dei rivestimenti – è stato definito un nuovo design superficiale. Rispetto al rivestimento in gomma allora in uso con fori ciechi e aspiranti, è stato dimostrato al cliente che, già con un design scanalato conservativo, si poteva ottenere un incremento della superficie aperta dal 29,8% al 39,3%. Questa modifica ha permesso di aumentare il volume di vuoto libero di circa il 15%, ovvero da 1.063 ml/m² a 1.223 ml/m². Con il passaggio al rivestimento in poliuretano tisQ.X, il cliente ha visto chiaramente l’opportunità di migliorare la prestazione di disidratazione del cilindro aspirante senza grandi interventi e, di conseguenza, ottenere risparmi nei costi energetici.
Dopo l’installazione del cilindro aspirante con rivestimento tisQ.X sulla PM10 presso WEPA Leuna, è stato rilevato un incremento del contenuto secco dell’1% (da 42% a 43% in secco al forno) rispetto al rivestimento in gomma utilizzato precedentemente.
Il rullo è stato sostituito secondo la normale pianificazione dopo 413 giorni di utilizzo e, grazie al suo stato eccellente, sarà reinstallato senza rilavorazione superficiale al prossimo fermo macchina (Figura 4). Attualmente è in funzione il rullo gemello, anch’esso dotato di rivestimento tisQ.X, a seguito del successo ottenuto.
“Poiché è stato superato il tempo target di esercizio di 12 mesi, ora puntiamo a un intervallo di 18 mesi”, afferma Dipl. Ing. Lars Helge Peters, Direttore dello stabilimento presso WEPA Leuna. I rivestimenti per cilindri aspiranti tisQ.X contribuiscono quindi in modo significativo alla riduzione dei costi energetici e operativi, migliorando sensibilmente l’efficienza delle macchine nella produzione di carta tissue.
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