Controlar los rehidratantes con vapor para reducir la curvatura de los bordes y mejorar la planitud de la web con un perfil de humedad transversal
Los problemas de curvatura de los bordes y la caída plana a menudo se abordan con rehidratantes en la industria de fabricación de etiquetas y reconversión. La estratificación irregular de la humedad puede provocar el encogimiento o la expansión de las fibras de celulosa a medida que se equilibran, lo que resulta en una curvatura, especialmente en los bordes de la banda de papel. La variación de humedad en las capas durante el proceso de laminación también puede provocar problemas de aplanamiento, especialmente cuando se utilizan altas temperaturas para los revestimientos antiadherentes con revestimiento de silicona. El material rizado es un problema para las operaciones de impresión y envasado, que necesitan un producto plano y uniforme para un funcionamiento eficiente y un bajo mantenimiento. Los fabricantes de material de etiquetado suelen volver a humectar el producto después de secarlo o curarlo para aumentar la humedad hasta el nivel original y, por lo tanto, reducir o eliminar la curvatura. Entre los métodos habituales de rehidratación se incluyen los sistemas de aplicación de líquidos (LAS), los discos y aerosoles de agua y las cortinas o aplicadores de vapor.
Sistemas de aplicación líquida (LAS)
Los sistemas de aplicaciones líquidas (LAS) saturan la red con agua o soluciones químicas a base de agua a través de un sistema de aplicador y rodillo dosificador. Estos sistemas a veces incorporan un tercer rollo para saturar toda la hoja. El transmisor de humedad MCT460 se usa para medir la humedad y emitir una señal analógica de 4 a 20 mA que se usa para controlar la velocidad del rodillo del aplicador y alcanzar el punto de ajuste. La salida digital se envía a un ordenador independiente para archivar los rollos de productos.
El LAS se usa normalmente para volver a hidratar el papel y eliminar la curvatura de los bordes o para impartir un componente químico al papel, como un inhibidor de moho (productos alimenticios) o un retardante de fuego (papeles para fumar). El antimoho que se aplica a los productos alimenticios se puede recubrir posteriormente con cera para sellar el papel.
Por lo general, hay tres puntos de control para los rehidratantes LAS. El espacio, la inclinación y la velocidad de giro del aplicador. El espacio limita la cantidad de líquido aplicado, el sesgo ajusta la alineación del rodillo y la velocidad del aplicador controla la cantidad de líquido aplicado en un espacio determinado. El espacio se establece de acuerdo con las especificaciones y las pruebas del fabricante. El operador ajusta manualmente la inclinación para obtener un perfil uniforme o puede ser automática mediante el PLC. La velocidad del rodillo del aplicador debe ajustarse a medida que cambia la velocidad de la banda. La incorporación de un transmisor de humedad después del LAS mejora considerablemente el control de calidad, acelera el arranque y garantiza un funcionamiento fluido independientemente de la velocidad de la banda.
Discos de agua
Los discos o rotores de agua se suministran con agua o solución y la rotación a alta velocidad produce gotas microscópicas que se controlan mediante ventiladores rociadores. Las áreas o zonas de rociado deben estar perfectamente distribuidas y equilibradas en toda la red.
Rehidratantes a vapor
Los rehidratantes a vapor pueden ser duchas pasivas o sistemas cerrados. Las duchas pasivas son básicamente tubos con orificios espaciados uniformemente a lo largo de la red y están sujetas a obstrucciones y condensaciones, lo que puede provocar una aplicación irregular de humedad y contaminación. Los sistemas cerrados incluyen la formación de vapor por impacto, flujo y vapor simple. Por lo general, el vapor que fluye (el vapor se emite en paralelo a la lámina) y el vapor simple requieren tiempos de permanencia más prolongados y velocidades de banda más lentas para que la humedad llegue al papel. Los pulverizadores a presión por impacto (vapor dirigido hacia la lámina) hacen que el vapor saturado a alta velocidad penetre en las fibras de celulosa, lo que permite que se transmitan niveles de humedad más altos al papel. El vapor se puede aplicar a uno o ambos lados de la lámina, según la aplicación. La velocidad de la lámina, la temperatura, la densidad del vapor y el tiempo de permanencia afectan a la capacidad del rehidratante a vapor para introducir humedad en el papel. A veces, los rollos refrigerados se utilizan antes de colocarlos en la cámara de vapor para reducir la temperatura del papel (125 °F o menos) y garantizar el máximo nivel de condensación en la lámina.
La cámara de vapor consiste en una serie de válvulas de vapor y placas difusoras espaciadas uniformemente en un recinto sellado para evitar que las emisiones fugitivas se escapen, se condensen y goteen sobre la red. También debe incluir una cámara de vacío o succión para evitar que se acumule líquido dentro de la cámara de vapor. La válvula de vapor se acciona con una señal de control de presión, normalmente en el rango de 0 a 30 psig. La humedad relativa, la temperatura y los cambios en el balanceo pueden afectar a la densidad de vapor requerida para alcanzar el punto de ajuste de humedad. Las válvulas de vapor también pueden desgastarse o obstruirse con el paso del tiempo, lo que repercute en el rendimiento. Un perfil de humedad en forma de banda en dirección transversal permite el control automático de la presión de la válvula de vapor para garantizar el punto de ajuste de la humedad.
Transmisores de humedad
Los transmisores de infrarrojo cercano (NIR) se emplean normalmente para medir la humedad del papel. Idealmente, se emplean dos transmisores NIR para permitir el control de la alimentación directa. Se instala un transmisor de humedad antes de la rehumectante cerca de la salida de la secadora o estación de curado y otro en la salida del rehumectante. A menudo, se monta un único transmisor de humedad en la salida solo para controlar la retroalimentación. El transmisor de humedad de salida debe instalarse aguas abajo lo suficiente como para permitir que los vapores de agua de papel presentes inmediatamente después del aplicador de vapor se disipen. Por lo general, se encuentra a una distancia de 10 a 20 pies de la cámara, según la velocidad de la bobina. Un termómetro infrarrojo de bajo costo suele estar incluido dentro del transmisor de humedad NIR o montado junto a él para monitorear la temperatura de la red.
El transmisor de humedad tendrá salidas analógicas y digitales proporcionales, así como una pantalla numérica del porcentaje de humedad. El transmisor de humedad está montado entre 6 y 16 pulgadas de la lámina de papel y tiene un ángulo de 15 a 20° con respecto a lo normal si la superficie es brillante para evitar la reflexión especular. Los transmisores de humedad NIR miden la absorción de agua a 1,94 micrones y se comparan con una o dos longitudes de onda no absorbentes, como 1,82 o 2,05 (pico de celulosa), para medir la humedad en un porcentaje total. La precisión de estos transmisores suele superar la precisión del laboratorio debido a los problemas de manipulación de las muestras que implica el transporte de muestras de papel al laboratorio, pero oscilan entre el 0,1% o más. Los estándares de calibración se utilizan para confirmar el rendimiento de la calibración cada tres meses.
Perfil de humedad en forma de banda transversal
Con el Sistema de creación de perfiles web Guardian HD, el transmisor de humedad NIR está montado en un marco de escaneo automático con codificador de posición para permitir el mapeo del perfil transversal de la banda de humedad del papel en un PC industrial. La pantalla del operador local mostrará los promedios de las zonas en la web e ilustrará gráficamente el perfil. Estas zonas permiten al operador ver rápidamente el perfil e incluyen alarmas de colores, por lo general: verde, bueno (dentro de las especificaciones), alerta amarilla y alarma roja. El perfil es un promedio móvil del número de escaneos seleccionado por el operador (normalmente 2 escaneos) con el esquema de la actualización anterior en segundo plano para que el operador pueda ver los resultados de cualquier cambio manual en las condiciones de operación. El transmisor de humedad y el codificador de posición se introducen en la placa controladora del marco de escaneo, que transmite la información al PC industrial a través de Ethernet.
La computadora envía los datos sin procesar, incluidas las mediciones de humedad y temperatura, la posición web, el estado en movimiento/estacionamiento y el modo manual o automático, a un controlador lógico programable (PLC) o una interfaz hombre-máquina (HMI). Una aplicación de servidor de control de procesos abiertos (OPC) actúa como interfaz entre la capa de hardware y la capa de aplicación para facilitar la comunicación con la HMI. Es importante contar con indicadores de estado que indiquen si está en movimiento o en posición estacionada para que el controlador de procesos confirme que el transmisor está escaneando y no ejerza el control a través de la web basándose en la medición de un solo punto si el transmisor se ha colocado en una posición fija o estacionada en la web en modo manual.
Los datos deben analizarse de acuerdo con el ancho de la banda y la ubicación de la válvula de vapor. Si bien el operador puede seleccionar el número de zonas y el ancho de las zonas para mostrar el perfil de banda, es posible que estas zonas no coincidan con las zonas de vapor individuales para diferentes anchuras de banda. Por ejemplo, un conversor puede tener un ancho máximo de 96 pulgadas, pero también ejecutar productos de 64 y 48 pulgadas para diferentes productos o clientes. Las cámaras de vapor deberían cubrir la totalidad de 96 pulgadas y, si las válvulas de vapor estuvieran separadas 6 pulgadas, tendrían un total de 16 válvulas. Cuando se cambia un producto por una banda de 64 pulgadas, las zonas exteriores de ambos lados se cierran y solo se activan de 10 a 12 zonas, según la posición de la banda y el tejido. Cambiar el ancho de la banda a 48 pulgadas requeriría activar al menos 8 zonas.
Si el operador seleccionara segmentos de zona de 2» para la visualización del perfil web, tendría 48 zonas mostradas para el ancho web de 96», pero solo 24 zonas para el ancho web de 48». Al recopilar los datos sin procesar independientemente del perfil web que se muestre, los datos se pueden analizar para que coincidan con las zonas de vapor activadas para cada ancho de banda y, al mismo tiempo, permitir al operador ver una representación visual en segmentos más pequeños. Esto permite que el PLC controle cada actuador individual de la válvula de vapor con una señal neumática para aumentar o disminuir la densidad del vapor y, por lo tanto, la humedad del papel en cada zona. La detección automática de bordes es la opción preferida para tener en cuenta el tejido que se produce a veces al cambiar el rollo o como resultado de un control incorrecto de la tensión.
La interconexión del sistema de perfil web del transmisor de humedad y el PLC con la HMI tiene la ventaja de simplificar las operaciones. En lugar de tener que introducir el cambio de producto por separado en los sistemas HMI, rehidratante a vapor PLC y en dirección transversal (CD) de perfiles en banda, el operador puede introducir el cambio de producto en la HMI, que comunicará el nuevo producto directamente al generador de perfiles en banda del CD y al PLC a través de la aplicación del servidor OPC. Los diferentes productos pueden tener diferentes objetivos de humedad, recubrimientos y anchos de banda, y el uso de la HMI simplifica el procedimiento para los operadores, lo que reduce la posibilidad de que el operador cometa un error.
Los rehidratantes a vapor se utilizan cada vez más para reducir la curvatura de los bordes y consisten en una serie de cámaras de vapor en la web. Estas cámaras suelen tener entre cuatro y ocho pulgadas de ancho y pueden tener una o dos caras según la aplicación. Actualizar la lámina o caja de vapor para que tenga un control automático acelera la puesta en marcha, reduce los residuos y mejora el control de calidad. Al considerar una mejora, hay que tener en cuenta algunos puntos para maximizar el valor.
Los mejores datos que se pueden utilizar del perfil web son los datos sin procesar en lugar de los promedios de las zonas de los perfiles de humedad, ya que es posible que no coincidan con los de las cámaras de la zona de rehumectación a vapor cuando cambia el ancho de la red. Los datos sin procesar deben analizarse para que coincidan con las zonas de las cámaras, lo que significa que el perfilador debe reconocer los diferentes anchos de banda mediante una receta. Los datos analizados se envían luego a un controlador lógico programable (PLC) para controlar la válvula actuadora individual de cada zona de vapor.
En lugar de que los operadores introduzcan manualmente los datos de esta receta de forma individual en el generador de perfiles cuando cambian las anchuras de los productos, es preferible que la estación de operación HMI (interfaz hombre-máquina) se comunique con el generador de perfiles a través de una interfaz gráfica como Wonderware, Genesis, Interlution, SCADA u otra que utilice Ethernet, Modbus, Profinet u otro protocolo adecuado. Esto reduce la cantidad de tareas del operador y acelera el cambio de producto. Los datos del perfil de humedad también deben almacenarse por separado para archivarlos, normalmente a través de un enlace Ethernet.
Resumen
Los sistemas de aplicación de líquidos, los discos de agua y los rehumectantes a vapor que reducen la curvatura de los bordes y mejoran la planitud se benefician de la incorporación de Transmisores de humedad NIR en el esquema de control.
