La pressa a scarpa Tissue FlexTM ha di mostrato di funzionare ottimamente in tutti gli impianti commerciali. Diamo uno sguardo più da vicino ai suoi vantaggi rispetto ad altri sistemi di pressa.
Jorq Baubock (Andritz AG)
Voluminosità, morbidezza e sensazione al tatto sono diventati sempre più importanti sia per i produttori di tissue sia per i produttori di macchine, messi sotto pressione da un mercato che evolve verso qualità superiori di tissue. Ne consegue che queste caratteristiche hanno la priorità assoluta nell'attività dei gruppi di R&S di entrambe le parti. Nel processo produttivo del tissue, la pressatura influenza essenzialmente le proprietà del foglio, ma produce anche effetti sull'efficienza della macchina e il consumo energetico.
PRESSATURA DEL TISSUE. Generalmente, la carta viene pressata tra due cilindri. Nel caso della pressatura del tissue, uno dei cilindri è costituito dal cilindro monolucido. Il foglio viene compresso all'ingresso della pressa, raggiungendo la compressione massima nel punto più stretto della pressa, ossia in corrispondenza della linea di contatto. II foglio si assottiglia, lasciando fuoriuscire l'acqua che confluisce nel feltro, il quale passa attraverso la linea di contatto insieme al foglio. Il foglio raggiunge il grado di secco massimo della pressa in corrispondenza della linea di contatto. Dopo la linea di contatto, il foglio viene decompresso, il gradiente di pressione s'inverte e una certa quantità di acqua viene ritrasferita dal feltro nel foglio.
Questa cosiddetta riumidificazione è un fattore importante nella pressatura del tissue e influenza in maniera sostanziale il grado di secco post-pressa. Per effetto della decompressione, il foglio recupera un certo spessore. I parametri del processo di pressatura influenzano da un lato il grado di secco post-pressa, dall'altro la voluminosità, la morbidezza della struttura e la resistenza.
UN GRADO DI SECCO ELEVATO POST-PRESSA E UN REQUISITO FONDAMENTALE. I parametri di pressatura che influenzano il grado di secco post-pressa e le proprietà del foglio sono il carico lineare, la lunghezza della linea di contatto e la curva di pressione lungo tale linea. Per effetto della grammatura ridotta della carta tissue, la pressatura è funzione della struttura, non del flusso. Ciò significa che il grado di secco post-pressa dipende essenzialmente dal carico lineare e dalla riumidificazione più che dalla velocità della macchina. Per ottenere un grado di secco elevato post-pressa - necessario per un consumo ridotto di energia nell'essiccazione del tissue - con una pressa tradizionale si deve applicare un forte carico lineare il che influenza voluminosità e morbidezza della struttura.
VOLUMINOSITÀ E MORBIDEZZA DIPENDONO DALLA PRESSIONE MASSIMA SULLA LINEA DI CONTATTO. Più è bassa maggiore sarà la possibilità di generare voluminosità. Con un dato carico lineare la pressione massima sulla linea di contatto dipende dalla lunghezza di tale linea. In un cilindro pressa aspirante, la lunghezza della linea di contatto è data dal diametro del cilindro e dalla durezza del rivestimento in gomma. Una durezza contenuta e un grande diametro allungano la linea di contatto con un risultato migliore in termini di voluminosità e morbidezza. Tuttavia per effetto della linea di contatto più lunga la riumidificazione all'uscita della pressa è maggiore, il che significa che il grado di secco post-pressa diminuisce.
TISSUEFLEXTM È LA SOLUZIONE. Voith and Andritz hanno sviluppato la pressa TissueFlexTM - una pressa a scarpa che agisce direttamente contro il cilindro monolucido così da combinare i vantaggi di una maggiore voluminosità e morbidezza con un grado di secco post-pressa più elevato. La linea di contatto di una pressa a scarpa è molto più lunga di quella di un cilindro pressa. Inoltre la curva di pressione sulla lunghezza della linea di contatto può essere influenzata dalla forma della scarpa.
La Figura 1 mostra il sistema di pressatura di una pressa aspirante tradizionale e quello di una TissueFlex. Poiché la linea di contatto della pressa a scarpa è più lunga la pressione massima sulla linea di contatto con un dato carico lineare è molto più bassa. Con una compressione ridotta del foglio si ottiene un aumento di voluminosità e morbidezza. La notevole diminuzione della curva di pressione dopo la linea di contatto riduce la riumidificazione rispetto alla curva di un cilindro pressa aspirante tradizionale.
TISSUEFLEXTM HA DIMOSTRATO DI FUNZIONARE OTTIMAMENTE. Il sistema TissueFlexTM è stato ampiamente provato nel settore industriale. Sono in funzione otto presse TissueFlexTM inserite all'interno di impianti commerciali per il tissue in tutto il mondo, la maggior parte installate allo scopo di potenziare macchine esistenti. Negli ultimi mesi Andritz ha ricevuto altri due ordini di TissueFlexTM, una delle quali andrà a far parte di una continua Andritz PrimeLineTMcompletamente nuova.
Il vantaggio principale della TissueFlexTM è rappresentato dalla produzione di fogli con una migliore morbidezza e sensazione al tatto della struttura, come hanno dimostrato sin qui tutti gli impianti. Alcuni stabilimenti per la produzione di tissue, che hanno potenziato le loro macchine con una pressa TissueFlexTM, hanno potuto entrare sul mercato con prodotti nuovi di qualità superiore (dal punto di vista, cioè, della morbidezza e della sensazione al tatto). Vi sono, tuttavia, ulteriori possibilità di migliorare le proprietà del prodotto finale di tissue. Diamo uno sguardo più da vicino al vantaggi più importanti degli impianti commerciali TissueFLex^TM.
AUMENTO DI VOLUMINOSITÀ O RISPARMIO DI FIBRA. Alcune continue dotate di TissueFlexTM sono state esaminate allo scopo di stabilire il miglioramento effettivo della qualità della carta ottenibile con la pressa a scarpa rispetto a una macchina tradizionale prima del potenziamento.
La maggiore voluminosità ottenuta con la pressa TissueFlexTM consente di ridurre la grammatura e questo significa minore fabbisogno di fibra. In ogni caso, le proprietà del foglio restano praticamente invariate rispetto a quelle ottenute con la configurazione a due cilindri pressa prima del potenziamento. La perdita di resistenza è trascurabile, mentre è stato possibile risparmiare un 5 - 7% di fibra. Su una macchina con TissueFlexTM è stato stabilito addirittura un risparmio di fibra del 10%.
La Tab. 1 mette a confronto i risultati relativi alla carta igienica e agli asciugatutto, misurati prima e dopo il potenziamento con TissueFlexTM. Grazie all'aumento di voluminosità, è stato possibile ottenere una riduzione della grammatura.
Dopo il potenziamento con TissueFlexTM, uno stabilimento di tissue è ora in grado di vendere rotoli di carta igienica da 200 strappi aventi lo stesso diametro dei rotoli da 220 strappi prodotti in precedenza. Un altro stabilimento è ora in grado di distribuire 50 tovaglioli di carta ottenuti con la TissueFlexTM nella stessa confezione che prima conteneva 60 tovaglioli.
I miglioramenti di feltri e manicotti della pressa - che sono ancora in corso - hanno consentito un grado di secco post-pressa più elevato con la TissueFlexTM rispetto al precedente cilindro pressa aspirante. Di conseguenza, le perdite di produzione ipotizzabili con il passaggio da due presse a una pressa singola hanno potuto essere ampiamente compensate.
MASSIMA FLESSIBILITÀ OPERATIVA. La prima installazione di una continua funzionante interamente con sistema TissueFlexTM è stata avviata con successo più di un anno fa presso LPC Group, Leicester/UK. La qualità del tissue ha soddisfatto le aspettative. Il risultato è una carta igienica di alta qualità, caratterizzata da eccellente morbidezza e sensazione al tatto, prodotta con un carico lineare relativamente basso e con una macchina a velocità ridotta. La qualità della carta tissue può competere con un foglio a crespatura semplice. Sono stati raggiunti risultati di voluminosità pari a più di 10 cm3/g in un foglio da 19 g/m2.
Con la stessa macchina (cilindro monolucido da 15 piedi di diametro), si possono produrre qualità standard di tissue con carichi lineari fino a 170 kN/m e velocità della macchina fino a 1750 m/min. In questo caso, il consumo energetico della macchina è molto basso per via del grado di secco post-pressa elevato. Per poter applicare carichi lineari di tale portata, è stato installato un cilindro monolucido appositamente progettato, il cosiddetto cilindro con rinforzo a T. il cui mantello presenta rinforzi di forma trapezoidale (Figura 2) - che consente carichi lineari fino a 200 kN/m, secondo i parametri del cilindro monolucido. Il risultato sono 3-4 punti percentuali in più nel grado di secco post-pressa, ossia un incremento di produzione del 10 12% oppure una riduzione del consumo energetico del 15%. Oltre al grado di secco post-pressa più elevato, il cilindro monolucido con rinforzo a T rivela un 5% in più circa di evaporazione rispetto a un cilindro con rinforzi tradizionali e questo grazie a una maggiore superficie di trasferimento del calore. Con ciò, si ha l'opportunità di ridurre il consumo di vapore ovvero di aumentare la produzione. Applicando quindi una pressione inferiore di vapore, non si hanno perdite di produzione.
A oggi sono regolarmente in funzione due cilindri monolucidi con rinforzi a T. Con questo tipo di cilindro monolucido, la pressa TissueFlexTM assicura al produttore di carta la massima flessibilità operativa in termini di qualità di prodotto, dal momento che si può fabbricare una vasta gamma di prodotti, da quelli supermorbidi alla carta tissue standard, con la stessa macchina.
PRESSATURA DEL TISSUE ALLA PROVA. I produttori di continue hanno sviluppato sistemi di pressa e configurazioni di macchina tendenti a migliorare la qualità del tissue in termini di voluminosità e morbidezza. Già in precedenza sono state riportate considerazioni varie in merito sul Perini Journal. Per saperne di più sulle prestazioni di questi sistemi, Voith and Andritz hanno esaminato diverse configurazioni di pressa presso il loro impianto pilota di San Paolo in Brasile. Si tratta di una macchina interamente funzionale e tuttavia larga solo 1 m, con cassa d'afflusso multistrato, Crescent Former (possibile configurazione a doppia tela), cilindro monolucido (3600 mm di diametro), cappa e bobina ad alta efficienza. È disponibile per i clienti affinché possano effettuare delle prove ed è anche largamente impiegata da Voith and Andritz per la propria attività di ricerca e sviluppo.
Tre configurazioni di pressa sono state esaminate presso l'impianto pilota: una con cilindro pressa aspirante tradizionale, una con TissueFlexTM e una con cilindro aspirante a rotazione davanti a un cilindro pressa a fori ciechi rivestito di gomma contro il cilindro monolucido (vedere Figura 3). L'impasto era quello tipico per carta igienica (50% legno duro, 50% legno dolce) in una configurazione con cassa d'afflusso a doppio strato. La grammatura alla bobina era di 17 g/m² mentre la velocità della macchina era pari a 1000 m/min. Le misurazioni hanno riguardato la voluminosità del foglio crespato, il grado di secco post-pressa e la sensazione al tatto.
VOLUMINOSITÀ CONTRO CARICO LINEARE. Il rapporto voluminosità-carico lineare (vedere Grafico 1) ha dimostrato i risultati più alti con la configurazione TissueFlexTM, mentre i più bassi sono stati quelli con il singolo cilindro pressa aspirante. La terza configurazione, quella con il cilindro pressa semplice, ha prodotto risultati intermedi. La voluminosità ottenuta con la TissueFlexTM a un carico lineare di 170 kN/m è stata la stessa di quella ottenuta con il cilindro pressa aspirante a 70 kN/m. La riduzione del carico lineare ha incrementato notevolmente la voluminosità. La resistenza più alta è stata ottenuta con il singolo cilindro pressa aspirante, mentre i valori di resistenza della TissueFlexTM erano inferiori di un 5% e quelli della configurazione con cilindro pressa semplice di un 10%.
SENSAZIONE AL TATTO CONTRO CARICO LINEARE. La sensazione al tatto è stata determinata confrontando campioni standard e valutata su una scala che prevedeva un massimo di 120 punti. Il grafico 2 mostra che la sensazione al tatto ottenuta con la TissueFlexTM è stata la migliore, mentre la peggiore è stata quella della carta prodotta con il sistema del cilindro pressa aspirante. Come previsto, la sensazione al tatto migliora con un carico lineare più elevato per via degli effetti di lisciatura, al contrario della voluminosità e della morbidezza della struttura.
GRADO DI SECCO POST-PRESSA CONTRO CARICO LINEARE. Il rapporto tra grado di secco post-pressa e carico lineare è mostrato nel grafico 3. Il cilindro pressa aspirante e la TissueFlexTM danno lo stesso grado di secco post-pressa con un carico lineare fino a 90 kN/m, mentre il risultato con il cilindro pressa semplice è decisamente più negativo. Con questa configurazione, l'effetto di riumidificazione è molto più forte dal momento che non vi è aspirazione nella pressa stessa. Un'altra ragione del basso grado di secco con il cilindro pressa semplice deriva dalla lieve diminuzione della curva di pressione dopo la linea di contatto (vedere Figura 1). La differenza si riflette in 3-4 punti percentuali di perdita di grado di secco post-pressa e questo, in termini di produzione e consumo energetico, equivale a 12-15% di perdita di produzione oppure a un aumento del 15-20% del consumo energetico.
VOLUMINOSITÀ CONTRO GRADO DI SECCO POSTPRESSA. Funzionante a 170 kN/m, la TissueFlexTM ha dato in pratica la stessa voluminosità del sistema con cilindro pressa semplice a 90 kN/m (Grafico 1), ma con ben 8 punti percentuali in più nel grado di secco post-pressa (Grafico 4). Questo grafico mostra ancora una volta l'evidente vantaggio della TissueFlexTM rispetto agli altri due sistemi di pressa.
CONCLUSIONI. Le seguenti conclusioni sono state tratte dagli esperimenti fatti con le macchine commerciali TissueFlexTM in funzione e gli impianti pilota. I risultati della prova hanno soddisfatto le aspettative basate sulle considerazioni teoriche riguardanti la pressatura del tissue fatte all'inizio di questo articolo. Nelle prove, la pressa TissueFlexTM ha dimostrato i migliori risultati in termini di voluminosità, sensazione al tatto e grado di secco post-pressa rispetto agli altri due sistemi di pressa esaminati.
Particolarmente riguardo al rapporto tra voluminosità e grado di secco post-pressa, la configurazione con cilindro pressa semplice si è classificata molto indietro rispetto alla TissueFlexTM.
Il vantaggio principale della TissueFlexTM - ossia la produzione di un foglio migliore quanto a morbidezza della struttura e sensazione al tatto - è stato dimostrato su tutti gli impianti commerciali funzionanti in varie parti del mondo. Il confronto della qualità di tissue prima e dopo un potenziamento con TissueFlexTM prova l'enorme potenziale di miglioramento dato dalla pressa a scarpa. Insieme a un cilindro monolucido con rinforzo a T. la pressa TissueFlexTM garantisce la massima flessibilità operativa riguardo alla qualità dei prodotti. I risultati delle prove e gli esperimenti fatti con le macchine commerciali dimostrano che la TissueFlexTM è al giorno d'oggi la soluzione di pressa più avanzata.