Cuando el papel sale de la sección de prensas, su contenido de agua suele ser de un 60%. A partir de aquí no es posible eliminar más agua por medios físicos, sino que la única manera de hacerlo será mediante la aplicación de calor. Esto se realiza con la operación de secado, con la cual se conseguirá reducir la humedad del papel hasta un 5% de agua, que es el contenido que debe tener al final del proceso de fabricación.
La operación de secado se realiza en una sección conocida como sequería, y en ella el calor hace que el agua de la hoja se evapore dejándola seca. Al final de esta operación, el papel habrá eliminado prácticamente la totalidad del agua que tenía, quedando con una ligera humedad (aproximadamente el 5%) deseada en su composición final para mantener su elasticidad.
La operación de secado es la más costosa dentro de la fabricación de papel. Por eso, es necesario tener una serie de cuidados durante el desarrollo de la misma para reducir al máximo sus costes.
El agua que se encuentra en el papel antes de ser eliminada es de tres tipos, tal como se recoge en la siguiente tabla:
- Agua capilar:
Es aquella que proviene del refino. Se encuentra ocupando las zonas amorfas de las fibras.
Oscila entre 6-8%.Es más difícil de eliminar.
- Agua coloidal:
Es la que está formando parte de los compuestos químicos (hidratos de carbono). Su contenido es de un 0-6%. No se elimina en la sequería.
El secado del papel consiste en aplicar una gran cantidad de calor a la hoja, mediante el método apropiado, con el propósito de elevar su temperatura hasta conseguir la evaporación del agua. Se trata de un procedimiento químico, ya que provoca un cambio de estado de líquido a vapor.
En la operación de secado se produce:
- Una transferencia de energía (aplicamos calor a la hoja).
- Una transferencia de masa (agua en forma de vapor que debemos eliminar rápidamente hacia la atmósfera).
Por otra parte, la efectividad en la evaporación del agua depende de: o La temperatura.
- La calidad del aire ambiental.
- La circulación del aire en la sequería.
Con la operación de secado se pretende obtener:
- Una formación homogénea de la hoja.
- Un perfil homogéneo de secado.
- Una distribución regular de la temperatura a la hoja.
- Una ventilación eficaz y equilibrada.
Mecanismos de secado
La transmisión del calor empleado para calentar la hoja en la operación de secado se produce principalmente de dos maneras:
- Por conducción. Se realiza a través del cuerpo (de molécula a molécula).
- Por convección. Es la forma de propagarse el calor en los fluidos (líquidos y gases). Los fluidos, al calentarse tienen menos densidad que cuando están fríos, por lo que tienden a subir.
Equipos de secado
Según el método por el cual se transmite el calor, hay variedad de diferentes equipos de secado:
- Secado por aire a través. Mediante el paso de aire caliente a través de la estructura porosa del papel. Se utiliza en papel tissue, papel de toallas, papel para filtro...
- Secado con cilindro Yankee. Mediante contacto del papel sobre un cilindro de grandes dimensiones calentado con vapor. Se utiliza en papel carbón, papel glassine, papel para envolver el pan,...
- Secado por chorro de aire. Mediante el choque de un chorro de aire caliente sobre la cara del papel. Se utiliza para secar los revestimientos en muchos tipos de papel.
- Secado infrarrojo. Se utiliza para el secado de los recubrimientos y para el presecado de la hoja. Es muy empleado en papeles estucados.
- Secado con cilindros calentados (sequería multicilíndrica). Es el método general empleado en el secado de cualquier tipo de papel. Consiste en una serie de cilindros de diámetro variable y calentados con vapor. El papel queda en contacto con los cilindros superiores por una cara y, con los cilindros inferiores por la otra, permitiendo el secado por ambas caras. En este método de secado se utilizan fieltros (excepto en la fabricación de cartón) para mantener la hoja en contacto con los cilindros.
El vapor
El vapor es un gran transportador de energía que presenta las siguientes ventajas:
- Para su producción se utiliza agua (hay gran cantidad, es económica y fácil de obtener).
- Es muy controlable (a cada temperatura le corresponde una energía específica y un volumen específico).
- Transporta grandes cantidades de energía por unidad de masa, y es de fácil distribución y control.
Tipos de vapor según su calidad
- Vapor saturado: Es un vapor formado en su totalidad por agua evaporada, es decir, no contiene gotas de agua.
- Vapor húmedo: Es un vapor que contiene gotas de agua en suspensión. Este vapor aumenta la erosión en las tuberías y reduce la transferencia de calor.
- Vapor recalentado: Es el vapor que se encuentra a temperaturas superiores a la del vapor saturado, asegurando así que no contiene gotas de agua.
Es importante que el vapor no contenga impurezas (restos de sólidos procedentes de la misma agua, corrosión de las tuberías, restos de soldaduras...). Para eliminar estas impurezas se instalan filtros en las tuberías. Tampoco puede transportar ni gotas de agua (producen corrosión en las tuberías) ni aire (efecto negativo en la transferencia de calor), y para eliminarlos se instalan purgadores.
Como hemos visto, la evaporación del agua del papel se realiza por el calentamiento de éste al entrar en contacto con el metal caliente de los rodillos secadores. Estos rodillos, a su vez, son calentados introduciendo en ellos vapor. Este vapor proviene de una caldera y es conducido por una tubería hasta la entrada del cilindro, en cuyo interior se introduce mediante una "caja de vapor", que es la que une el secador con la tubería.
Para evitar condensaciones en las tuberías durante la conducción del vapor hasta los cilindros secadores se utiliza el vapor recalentado.
El vapor recalentado, al entrar en los secadores y tomar contacto con las paredes de los cilindros cede calor a través de ellas, disminuyendo su temperatura hasta alcanzar la de saturación. A esta temperatura el vapor se condensa (aparecen gotas de agua), con lo cual nos devuelve el calor (latente) que previamente se le había dado en la caldera.
Aplicación del vapor
- En la caldera: agua + calor -> Vapor
- En los secadores: vapor -> Agua + Calor
Ventilación de la sequería
Durante el secado, el vapor que se forma al evaporarse el agua contenida en la hoja de papel se mezcla con el aire que rodea a la sequería. Al aumentar la temperatura del aire, éste eleva a su vez la capacidad de admitir vapor de agua (aumenta su temperatura de saturación), mejorando por tanto la velocidad de secado.
Sin embargo, este aire, a medida que absorbe el agua, tiende a saturarse, llegando a un punto en el cual no es capaz de recibir más cantidad de vapor procedente de la evaporación del agua del papel, con la consecuencia de que se retrasa el secado. Por esta razón, es necesario mantener el aire que rodea a la sequería caliente y seco. Esto se realiza extrayendo el aire saturado de vapor.
Condensados
Hemos visto que el vapor cede calor al papel a través de los cilindros secadores y que, al perder calor, el vapor empieza a condensarse en gotas de agua que se depositan en el interior del cilindro. Estas gotas de agua es lo que se conoce como "condensados".
El comportamiento de los condensados, según la velocidad de la máquina, puede ser de tres tipos, tal como se recoge en el cuadro siguiente:
- Régimen de balsa: Se da cuando la velocidad de rotación del secador es lenta. Los condensados se acumulan en el fondo del secador por efecto de la gravedad.
- Régimen de cascada: Al aumentar la velocidad, los condensados comienzan a subir adheridos a la pared del secador, aunque vuelven a caer por su propio peso, ya que la velocidad de rotación no es lo suficiente elevada.
Régimen de anillo: A velocidades de rotación suficientemente altas, los condensados se adhieren a la pared debido a la fuerza centrífuga, formando una capa de espesor uniforme en forma de anillo por la pared interna del secador.
Para estos casos se dispone de barras de turbulencia, que son una serie de barras montadas en el interior del cilindro secador que permiten romper el anillo de condensado, permitiendo una mejor evacuación de los condensados, y mejorar el perfil de transferencia de calor.
Los condensados pueden perjudicar el funcionamiento de los secadores produciendo:
- Un aumento de peso en los rodillos, entorpeciendo la marcha y demandando más consumo de energía.
- Una reducción en la efectividad de transmisión del calor, sobre todo en los cilindros inferiores, ya que el papel toma contacto con ellos en el punto donde los condensados tienden a quedar depositados (en los regímenes de balsa y cascada).
Es necesario extraer el agua condensada del interior de los secadores para evitar problemas durante el secado.
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