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DISEÑO DE PROCESO EN LA RECUPERACIÓN DE MATERIAL
SOBRANTE EN EL PROCESO DE PAPEL
CORREA SOTO CARLOS ALBERTO
RODRÍGUEZ DAZA OLMEDO
Tesis de Grado presentada como requisitó parcial
para optar el titulo de Ingeniero Mecánico
UnIversidad Aut6noma de Occidentl SECCION BIBLIOTECA
022236 CORPORACIÓN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
SANTIAGO DE CALI
1996 C.U.A.O
BIBLIOTECA
DISEÑO DE PROCESO EN LA RECUPERACIÓN DE MATERIAL
SOBRANTE EN EL PROCESO DE PAPEL
CORREA SOTO CARLOS ALBERTO
RODRÍGUEZ DAZA OLMEDO
Tesis de Grado presentada como requisito parcial
para optar el titulo de Ingeniero Mecánico
Director: Ing. Gerardo Cabrera
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
SANTIAGO DE CALI
1996
T 33¡¿ ~ S'6G#
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~ ~ ~ e ~
II
Nota de aceptación
Aprobado por el comité de grado en cumplimiento de los reguisitos exigidos por la corporación universitaria Autónoma de Occidente para Optar el titulo de Ingeniero mecánico.
Presid nte Del Jurado
\o Jurado
Jurado /
SANTIAGO DE CALI
III
AGRADECIMIENTOS
A nuestros padres, por su apoyo durante toda la carrera.
Al Sr. Gillermo Valencia, por la colaboración brindada a lo largo de la carrera.
Al Dr. Fabio Heman Franco, por su apoyo constante.
A los Srs. Solon Olaya, Jesus Muñoz, Octavio Albañez
Al Ing. Eduardo Cardenas, por la colaboración brindada.
A Unipapel S.A.
A todos aquellos que intervinieron en esta tarea, en especial al Ing. Gerardo Cabrera
IV
DEDICATORIA
Dedicada a si madre por su constante apoyo a lo largo de toda mi vida
Olmedo Rodríguez Daza.
Dedicada . a mi familia y en especial a miS padre por su constante apoyo y
colaboración
Carlos Alberto Correa Soto
v
CONTENIDO
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1 OBJETIVOS 1
2 PRINCIPALES FIBRAS PARA LA FABRICACiÓN DE PAPEL. 2
3 INFLUENCIA DEL TRABAJO DE REFINACiÓN SOBRE LAS PROPIEDADES QUE ESTE COMUNICA AL PAPEL 3
4 PRODUCTOS QUíMICOS. 3
4.1 PARA QUE SE UTILIZAN 4
5 PRINCIPALES PRODUCTOS UTILIZADOS EN LA FABRICACiÓN DEL PAPEL Ó CARTÓN 4
5.1 PRODUCTOS PARA APRESTO: 5
5.2 CARGAS: 5
5.3 PRODUCTOS PARA DAR RESISTENCIA EN HÚMEDO (WET STREGNTH) 7
5.4 COLORANTES 7 5.4.1 Clasificación De Los Colorantes 8
5.5 MICROBICIDAS: 9
5.6 ANTIPITCH: 10
6 SECAMIENTO 10
6.1 EL AGUA EN EL PAPEL
7 ABSORCiÓN:
7.1 COMO SECAR EL AGUA:
8 EXPLICACiÓN DEL PROCESO DEL PAPEL
9 OBTENCiÓN DE LA MATERIA PRIMA
9.1 SELECCIÓN DE MATERIA PRIMA
9.2 TRATAMIENTO DE MATERIA PRIMA SELECCIONADA
9.3 CONSTRUCCIÓN DE PROBETAS.
10 PROPIEDADES FíSICAS
10.1 DUREZA 10.1.1 Objetivo 10.1.2 Toma Muestras: 10.1.3 Equipo: 10 .1. 4 Preparación De Muestras 10.1.5 Procedimiento 10.1.6 Informe 10.1. 7 Apéndice
10.2 ELASTICIDAD 10.2.1 Método Para Determinar Elasticidad 10.2.2 Toma De Muestras 10.2.3 Procedimiento 10.2.3 Equipo 10.2.4 Interpretación De Los Resultados 10.2.5 Informe 10.2.6 Reproducibilidad 10.2.7 Apéndice
10.3 RIGIDEZ 10.3.1 Objeto 10.3.2 Procedimiento 10.3.3 Equipo 10.3.4 Objetivo 10.3.5 Material
10.4 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN 10.4.1 Principio del Método 10.4.2 Equipo 10.4.3 Toma de Muestras 10.4.4 Preparación De Muestras
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30 31 31 31 33 33 33 34 34
34 34 34 34 35 35
35 35 36 36 36
10.4.5 Interpretación De Los Resultados 10.4.6 Apéndice
10.5 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL PAPEL 10.5.1 Objeto 10.5.2 Significado 10.5.3 Definiciones 10.5.4 Equipo 10 5.5 Muestreo Y Prueba De Especímenes 10.5.6 Procedimiento 10.5.7 Cálculos
10.6 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
10.7 CAPACIDAD DE ABSORBER AGUA 10.7.1 Objeto 10.7.2 Equipo: 10.7.3 Procedimiento 10.7.4 Cálculos 10.7.5 Reproducibilidad:
11 PROPIEDADES QUíMICAS DEL PAPEL
11.1 RESISTENCIA AL AGUA 11.1.1 Objetivo 11.1.2 Procedimiento 11.1.3 Equipo 11. 1.4 Objetivo
11.2 RESISTENCIA ÁCIDOS
11.3 RESISTENCIA A ACEITES 11.3.1 Impermeabilización Del Papel
12 APLICACIONES Ó POSIBLES APLICACIONES
12.1 SELECCIÓN DE UNA Ó DOS APLICACIONES
12.2 DIMENSIONES Y FORMA
13 DEFINIR EL METODO DE FABRICACION
13.1 POSIDLES ALTERNATIVAS DE FABRICACIÓN
13.2 DEFINICIÓN
13.3 MÉTODO DE TROQUELES FORMADORES. 13 .3.1 Definición:
VII
37 37
38 38 38 38 39 39 39 40
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41 41 41 42 44 44
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50 50 50 51 51
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54
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55
55
55
56 56
13 .4 EVALUACIÓN y SELECCIÓN DEL MÉTODO DE FABRICACIÓN MAS APROPIADO: 56
VIII
14 DISEÑO DE MAQUINA PARA DESARROLLAR EL PROCESO DE FABRICACiÓN DEL PRODUCTO. 57
14.1 DATOS Y PARÁMETROS 57 14.1.1 Parámetros Que Dependen Del Producto: 57 14.1.2 Parámetros Que Dependen De Las Propiedades Del Material 57 14.1.3 Parámetros Que Dependen De La Aplicación Del producto 58
14.2 ESQUEMA Y FUCIONAMIENTO DE LA MAQUINA 58
15 DIMENSIONAMIENTO DE LA MAQUINA 58
15.1 CALCULO DE LA PRESIÓN DE ACUERDO A LA FUERZA PARA EL ÁREA DE PROBET A DE TEJA 58
15.2 CALCULO DE LA FUERZA APLICADA PARA EL PRODUCTO FINAL 59
15.3 CALCULO DE TROQUELES FORMADORES 59
15.4 DISEÑO DE ESTRUCTURA QUE SOSTIENE EL FORMADOR DE TEJA 61
15.5 CALCULO DE TORNILLOS QUE SOPORTAN EL FORMADOR DE TEJA 63
15.6 CALCULO DE TORNILLOS QUE SOPORTAN EL FLANCHE DEL FORMADOR. 65
15.7 COMPROBACIÓN DE LAS CONSTANTES 67
15.8 DISEÑO DEL SISTEMA HIDRÁULICO PARA COMP ACT AR TEJA DE PAPEL 69
15.9 CALCULO DEL DIÁMETRO DEL CILINDRO 70
15.10 PRESIÓN DE TRABAJO 71
15.11 CALCULO DEL CAUDAL MANEJADO POR LA BOMBA 71
15.12 CALCULO DE LA POTENCIA HIDRÁULICA 72
15.13 CALCULO DEL DIÁMETRO DEL VÁSTAGO 72
15.14 VERIFICACIÓN DEL VÁSTAGO POR PANDEO 74
15.15 CALCULO DEL ESPESOR DE LA PARED DEL CILINDRO 76
15.16 CALCULO DE LA TAPA DEL FONDO DEL CILINDRO 77
15 17 DIMENSIONAMIENTO DE PARTES INTERNAS DEL CILINDRO 77 15.17.1 Dimensionamiento Interno 78
15.18 SELECCIÓN DE LA BOMBA 78 15.18.1 Datos Para La Selección 79
IX
15.19 CALCULO DE LA POTENCIA NECESARIA PARA LA BOMBA DEL MOTOR PRIMARIO 79
15.20 SELECCIÓN DE ACCESORIOS 80 15.20.1 Selección De Válvulas 80 15.20.2 Selección De Filtros 83 15.20.3 Selección De Manometros 84 15.20.4 Calculo Del Deposito 84
15.21 DIMENSIONAMIENTO DE CADA PARTE 86
15.22 EVALUACIÓN TÉCNICA y ECONÓMICA 86
16 PLANOS GENERALES 86
16.1 PLANOS DE FABRICACIÓN 86
16.2 PLANOS DE MONTAJE 87
16.3 LISTA DE MATERIALES 87
GLOSARIO 90
BIBlIOGRAFIA 92
Ullvtrsldad Autllnoma d, Occilltllte SECCION BIBLIOTECA
LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Toma de Muestras
Tabla 2: Tabla 1 :Relación entre Ga y A gil
Tabla 2:Relación entre Ga y A gIl
Tabla 3:Calidad Corrugado Medio 300 g2 m
. 45 Gr Tabla 4: CalIdad sulfito --2-
m . 48Gr
Tabla 5: CalIdad kraft natural--2-m
Tabla 6:Calidad Kraft Alta resistencia 60 Gr.
Tabla 7:Calidad Mostaza 70 Gr.
Tabla 8:Calidad Mostaza 80 Gr.
Tabla 9:Calidad Bond Blanco 60 Gr.
Tabla 10: Calidad Blanco Alta Resistencia 60 Gr.
Tabla 11 : Calidad Bond Blanco 75 Gr.
Tabla 12: Calidad Bond Blanco 90 Gr. de Alta Resistencia
Tabla 13: Calidad bristol 170 Gr.
Tabla 14:Calidad Liner Corrutec
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49
LISTA DE FIGURAS
Figura A: DesfibracÍón de Pulpa
Figura B: Centrisorter y Limpiadores
Figura C: Espesadores
Figura D: Tk de Ordinaria y Trampa Magnetica17
Figura E: Refinadores.
Figura F: Tk de Refino
Figura G: Caja de Rebose
Figura H: Tk Recolector de Agua
Figura 1: Limpiadores de Fibra
Figura J: Zaranda Jhonson
Figura K: Recuperador de Fibras y Aguas
Figura L: Tk de Agua Residual
Figura M: Clarificador
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22
LISTA DE ANEXOS
Plano 1: Estructura de Formadores.
Plano 2: Despiece de Formadores.
Plano 3: Formador Hembra y Macho.
Plano 4: Formadores Antes de Acoplarse.
Plano 5: Formadores Acoplados.
XII
XIII
RESUMEN
El desarrollo de este proyecto se basa en el estudio detallado del material sobrante en
el proceso del papel, mediante este se definirán propiedades fisicas y químicas que
nos permitan darle un uso apropiado a este material.
Aquí se muestra y describe teóricamente lo que sucede al material sobrante del
proceso de papel sometido a determinadas presiones de trabajo que permiten una
buena compactación. Igualmente lo que se obtiene al mezclar otras fibras como
plegadiza y corrugado, las cuales le dan dureza y estabilidad dimensional, lo que
permitió finalmente obtener un producto.
Con la realización de este proyecto queremos mostrar, como darle un uso industrial, a
un desperdicio que se considera inutilizable, y plantear una inquietud a los fabricante
de papel para que sea tema de un estudio mas profundo.
XIV
INTRODUCCION
A pesar del avance de la industria papelera, no se ha logrado aprovechar los altos
grados de desperdicios, pues en la actualidad se continúan considerando como
perdidas.
Considerando lo anterior, se pretende hacer un estudio a los desperdicios en el
proceso de papel, que permita definir un producto.
Después de definir este producto, se pretenderá diseñar una maquina.
1 OBJETIVOS
1.1 Estudio detallado del material sobrante del proceso de papel para determinar
las propiedades fisicas y químicas.
1.2 Definir el producto que se ajuste a dichas propiedades.
1.3 Finalmente se hará el diseño de maquina que nos permita obtener el producto.
2
2 PRINCIPALES FIBRAS PARA LA FABRICACiÓN DE PAPEL.
Las fibras vegetales empleadas en la fabricación de papel pueden tener diferente
procedencia. Hoy en día, las más importantes son las procedentes de la madera.
Hace más de diez años la fibra base disponible universalmente y aun utilizada, era
procedente de las maderas de coníferas, la tradicional fibra larga para la fabricación
de todos los tipos de papel y por esta razón importada en buena parte, principalmente
la blanqueada para los llamados papeles finos. Como la resistencia mecánica del
papel depende en primer lugar de la clase de fibras de que está compuesto y de su
filtrabilidad, esta depende de diversos factores.
En primer lugar la relación directa existente entre el cociente de longitud y el
diámetro de las fibras originales. También se destaca mucho la fibra de Eucaplitus
aplicada en pequeñas proporciones como la fibra del Pino, alcanzándose
satisfactorias propiedades fisicas en los papeles. La aplicación progresiva de la fibra
corta de Eucaplitus, durante 405 años las mejores características en los papeles son
en los cuales eran empleadas fibras de Pino sin dejar de mencionar otras fibras como:
3
Sauce, Álamo, Acacia negra, Bracatinga, Embaúba y otras que fueron introducidas a
pesar de la utilización del Bagazo de Caña, Bambú y Paja; Fibras estas que ya eran
usadas desde hace centenares de años.
3 INFLUENCIA DEL TRABAJO DE REFINACiÓN SOBRE LAS PROPIEDADES QUE ESTE COMUNICA AL PAPEL
Según los más nombrados investigadores, la resistencia del papel al rasgado, al
reventamiento, al doblado, longuitud de fibra, batimiento, aditivos, depende de la
refinación.
La resistencia al rasgado es en primer lugar función del largo de la fibra además de la
clase de fibra . Sabemos que durante la refinación las fibras cambian de forma y
estructura , ellas pueden volverse cortas a fuerza de corte de cuchillas de los
refinadores y por lo tanto es necesario tener en cuenta si esta operación es ó no
apropiada para el papel pretendido.
La hoja de papel formada con la pasta refinada, dependiendo del grado de
refinamiento se distingue por la mayor resistencia, menor porosidad y mayor
transparencia ..
4 PRODUCTOS QUíMICOS.
4
La presente información tiene como finalidad, dar una visión bastante general sobre
las razones que existen para la utilización de productos químicos en la manufactura
del papel y de los principales productos que actualmente se utilizan.
Pensamos que con esta breve información, se adquieren ciertas bases en el campo de
productos químicos para papel que permitirán posteriormente profundizar en los
temas de más interés.
4.1 PARA QUE SE UTILIZAN
4.1.1 Reforzar ó conferir algunas características a la celulosa que permitirán que el
producto fabricado con ella se comporte satisfactoriamente en las instalaciones del
cliente. Ejemplo Productos para apresto, resistencia en húmedo, etc.
4.1.2 Proteger y ayudar a la conservación y limpieza de algunos elementos vitales
en la máquina de papel (fieltros, mallas). Ejemplo: Microbicidas, Detergentes, etc.
4.1.3 Para reducir costos de fórmulas y operación de las máquinas de papel.
Ejemplo: Ayudante de Drenaje.
5 PRINCIPALES PRODUCTOS UTILIZADOS EN LA FABRICACiÓN DEL PAPEL Ó CARTÓN
Se puede agrupar en :
a) Productos para apresto
b) Pigmento y cargas
c) Productos para dar resistencia en húmedo
5
d) Colorantes
e) Microbicidas.
f) Antipitch
5.1 PRODUCTOS PARA APRESTO:
Estos productos tienen como finalidad darle al material resistencia a la penetración
del agua, característica que recibe el nombre de Apresto.
La resistencia al agua del cartón ó papel se mide por el número de Cobb y la gota de
agua/tiempo que gasta el papel en absorber una gota de agua, colocada en su
superficie.
El Apresto al papel, se le puede conferir por:
1) Aplicación superficial en Sizepress ó Calandrias, de productos, como barreras
contra el mo .
2) Aplicación en la masa de Abietato de Sodio, Alumbre, Emulsión de Parafina ó
encolantes Sintéticos.
5.2 CARGAS:
Son compuestos minerales tales como el Caolín, Dioxido de Titanic, Zeolex que
tienen como función:
6
1) Llenar los espacios interfibras en la hoja de papel y alisar su superficie, mejorando
el brillo y capacidad de impresión.
2) Darle opacidad al papel y aumentar su grado del blancura ..
3) Conferir suavidad y flexibilidad al papel.
4) Obtener una disminución en el costo del papel, puesto que la mayor parte de las
cargas son más económicas.
Estas cargas se agregan por lo general en la masa, durante la fabricación del papel.
Para aumentar su retención, se utiliza adicionalmente al alumbre, ayudantes de
retención, que se encarga de incrementar su incorporación al papel.
Los efectos adversos de las cargas sobre el papel son:
1) Disminuir la resistencia fisica del papel (Mullen, Tensíl, Doblez) por reducción de
las uniones entre las fibras.
2) Las cargas químicas reactivas , como el Carbonato de Calcio, afectan
adversariamente el precipitado de apresto.
3) Una pobre retención de carga, causa problemas de operación porque estas se
depositan en fieltros y mallas , obstruyéndolas.
4) Una adherencia pobre de la carga a la fibra causa PICKING lo mismo que un
exceso de carga en el papel.
7
5.3 PRODUCTOS PARA DAR RESISTENCIA EN HÚMEDO ( WET STREGNTH)
Tiene como función, hacer que el papel, conserve parte de la resistencia en seco al
ser humedecido, esta propiedad es importante en materiales que vayan a estar en
contacto con atmósfera de alta humedad relativa.
EL WET STREGNTH: Es obtenido por la adición en la masa de resinas de Urea
formaldehido pueden ser Catiónicas ó Aniónicas. Las primeras requieren alumbre
para precipitarse, las segundas no, pero ambas se precipitan sobre la fibra a un PH
entre 4,5 Y 5,5 de este tipo de resinas son el Cascorecin PR247, Paréz 615, todas ellas
Urea Formaldehído Catiónicas.
El desarrollo del Wet Stregnth en un papel se logra con curación del material durante
su producción en los secadores y por curación ambiental, se estima que al cabo de
tres semanas de curación ambiental, se haya logrado el nivel más alto de West
Stregnth en el material.
5.4 COLORANTES
Estos productos, como su nombre 10 indica, se usan para colorear papeles . El método
de coloración de papel se hace sobre la masa. En la coloración de la masa, los
colorantes son agregados en forma discontinua ( Por Baches).o continua al Stock de
Pulpa, en cantidades bien medidas. Para este tipo de coloración, se emplean
8
colorantes insolubles ó solubles en agua, pero preferencialmente se usan los últimos.
Los colorantes solubles en agua, son absorbidos y retenidos en solución acuosa por la
fibra ó precipitados en fina dispersión, mediante productos auxiliares. Los insolubles
deben estar en finisima dispersión para que puedan incorporarse a la fibra y requieren
la utilización de agentes químicos para su fijación.
5.4.1 Clasificación De Los Colorantes
Para aplicar correctactamente los colorantes, es indispensable conocer la naturaleza
de los colorantes, razón por la cual se presentan los principales grupos en que se
dividen:
4.4.1.1 Colorantes Básicos: Por lo general son Hidroc1oruros ó en algunos casos
Sales dobles de Cloruro de Zinc de base colorante con constituciones diversas. Este
tipo de colorantes no necesitan por su naturaleza química (Catiónico) de aditivos para
fijarse en pulpas que contengan residuos de Lignina.
Sus características principales son: su gran rendimiento, la viveza de tonos que se
consigue con ellos y su alta retención.
5.4.1.2 Colorantes Ácidos: Los más corrientes son las sales alcalinas de ácidos
Sulfúricos coloreados. Debido a su carácter aniónico, exigen para precipitarse sobre
la fibra, la adición de un mordiente, que en la mayoría de los casos es alumbre,
obviamente se debe aplicar después del colorante.
9
5.4.1.2 Colorantes directos ó Sustantivos: Casi sIempre son sales amoniacos de
colorantes, que contiene grupos sulfámicos, pero por su estructura y tamaño de
molécula poseen capacidad especial de fijarse sin la adición de mordiente, sobre
pulpas blanqueadas libres de pasta mecánicas.
5.5 MICROBICIDAS:
Estos productos tienen como función combatir la formación de depósitos
microbiológicos (Slime) en la máquina de papel. los problemas que puede ocasionar
el Slime son:
e.¡ ) Decoloración de la pulpa, especialmente en materiales de alta consistencia por
compuestos de color no fotosintético llamados pigmentos , que son generados por
hongos y bacteria.
e.2) Descomposición de almidones y emulsiones.
e.3) Manchas en el papel ó cartón y reventones en la máquina.
e.4) Corrosión en el sistema primordialmente en las líneas de distribución de pulpas,
en las cuales persisten bacteria.
e.5) Obstrucción de filtros, que trae como consecuencia disminución en la remoción
de agua.
e.6) Mal olor en la máquina, debido a crecimiento de micro- organismos.
e.7) Formación de espuma, debida mas que todo a los gases liberados por los
. . mIcroorgamsmos .
lhIlversldad ~"tl\nom3 de Qcci.""1 SECCION BIBLIOTECA
10
e.s) Deterioro del papel elaborado durante el tiempo de almacenaje.
La aplicación de los Microbicidas, es por el sistema de choque (se aplica por un
número de horas del día y en el resto no se dosifica).
5.6 ANTIPITCH:
Estos aditivos tienen como función primordial combatir la formación de Pitch
(deposito resinoso) en la máquina de papel , los cuales al depositarse en fieltros,
mallas, y prensas causan problemas de operación tales como reventones, huecos con
el papel y tupimiento de fieltros.
Los principales factores que pueden influir en la formación y precipitación de Pitch
son:
f. 1) PH de la pulpa (grado de lavado).
f. 2) Tipos de maderas utilizados en la producción de pulpa.
f. 3) Tipo de cocimiento de la pulpa y el grado del mismo.
f. 4) La dureza del agua blanca.
f. 5) Batimiento de la pulpa.
A veces con simple cambio de PH (adicionando alumbre) se puede controlar la
formación y deposición del Pitch.
6 SECAMIENTO
6.1 EL AGUA EN EL PAPEL
11
Tres clases de agua en la fibra ó Relación de celulosa/agua
a) Agua de Constitución
b) Agua embebida
c) Agua libre
7 ABSORCiÓN:
En el caso de la celulosa, es la captación intima del agua asociada con la superficie
del absorbente. Depende del área por unidad de volumen, se absorbe menos agua a
alta temperatura y a humedad relativa alta.
Es la aceptación mecánica de un liquido por un cuerpo sólido poroso, dentro de su
gran estructura capilar como resultado de fuerzas de tensión superficial.La cantidad
de agua absorbida varia con el tipo de pulpa. La pulpa de fibra larga absorbe más
húmedad que la pulpa de fibra corta; las muestras de más alto batimiento tienen un
contenido de humedad menor que las escasamente batidas.
7.1 COMO SECAR EL AGUA:
El agua se extrae de la fibra por dos procedimientos principales:
1- Proceso mecánico
2- Proceso térmico
El proceso mecánico, lo componen la malla, tambores de succión, deflectores
primarios y secundarios, cuchillas formadoras, rodillos de la mesa, cajas de vacío y
prensas. Hasta 47% consistencia.
El proceso térmico es mediante cilindros de vapor, aire caliente, rayos infrarojos.
El método más barato de todos es el mecánico y su diferencia es apreciable.
8 EXPLICACiÓN DEL PROCESO DEL PAPEL
12
El proceso en el molino de papel comienza con la molienda de reciclaje de papel mas
agua en el hidrapulper (Figura A) a las siguientes condiciones 121.1 / 4.2 / 523 ( el
primer numero significa toneladas de fibra seca, el segundo numero ¡significa
consistencia de papel-ó porcentaje de fibra seca en un litro de agua pulpa, el tercer
numero significa los galones por minuto de agua pulpa que hay en el proceso). En
este lugar s~ encuentra sistemas de limpieza como el ragger, encargado de sacar
basura (plásticos, trapos, alambres entre otros). Otro sistema de limpieza es bell
purgger (Figura A )encargado de sacar plásticos, del hidrapulper la pulpa es enviada
por medio de una bomba hacia los limpiadores de alta densidad (Figura B), esta llega
en las siguientes condiciones 152.5 /2 / 1362, encargados de sacar arena, alambres,
ganchos, grapas. La pulpa aceptada continua su recorrido hacia el centrisorter (Figura
B), encargado de sacar plásticos que se han pasado la etapa inicial ó en ocasiones
materiales no desfibrados ( cerillas, papel parafinado entre otros). Del centrisorter la
pulpa continua hacia los espesadores (Figura C) llegando en las siguientes
condiciones 104 / 2 / 958, estos se encargan de subir la consistencia a la pulpa
13
sacándole agua, dejándola en las siguientes condiciones 111 / 4.5 / 408. De los
espesadores la pulpa continua hacia el tanque de ordinaria (Figura D)donde se
almacena para enviarse por medio de una bomba hacia los refinadores (Figura E)en
las siguientes condiciones 111 /4.1 /502, los cuales se encargan de desfibrar ó cortar
la fibra definiéndoles sus propiedades fisicas ( mullen, tensil, rasgado). De los
refinadores la pulpa continua hacia el tanque de refinada ó tanque de maquinas
(Figura F) donde se almacena para enviarse por medio de una bomba hacia el stuff
box ó caja de rebose (Figura G). La cual trabaja en conjunto con una válvula de peso,
que se encuentra después de la caja de rebose y restringe el paso de pulpa
dependiendo del gramaje. De la caja de rebose, la pulpa continua en las siguientes
condiciones 108/3.5 / 570 hacia la fan pump (Figura H) (bomba de alimentación a la
caja distribuidora de pulpa sobre la malla). La cual toma agua del wire pite (Figura
H)(tanque donde se recolecta agua de la mesa de formación ). Para bajarle
consistencia a la pulpa de 3 a 0.7. De la fan pump la pulpa es enviada en las
siguientes condiciones 181.5 / 0.7 / 4747 hacia los limpiadores de baja densidad ó
bawer primarios (figura 1), encargados de sacar arena y partículas mas pesadas que la
fibra. De los bawer primarios la fibra aceptada se dirige al machine screen encargado
de extraer plástico que se hallan pasado en las anteriores etapas. Los aceptados del
machine screen continúan hacia el head box ó caja cabecera, quien deposita la pulpa
sobre la malla (mesa de formación), donde se forma el papel y se empieza la
14
extracción de agua que finaliza en la enrrolladora ó pope reell a las siguientes
condiciones 95.3 /94/ 19.
La pulpa rechazada de los bawer primarios continua hacia los bawer secundarios en
las siguientes condiciones 37.5 / 0.7 / 983 donde se le extrae arena que se le halla
pasado en anterior limpieza. La pulpa aceptada de los bawer secundarios va hacia la
fan pump y la pulpa rechazada hacia los bawer terciarios donde continua la limpieza (
sacar arena que se halla pasado de los bawer anteriores); la pulpa aceptada de los
bawer terciarios va hacia el fan pump y la pulpa rechazada hacia los bawer
cuaternarios donde continua la limpieza. la pulpa aceptada de estos bawer va hacia el
fan pump y la pulpa rechazada va a las alcantarillas a 30 ~y a 0.06 de consistencia mm
aproximadamente.
Los rechazos del centrisorte y el machine screen van a un cedazo jhonson ó zaranda
(Figura J)que se encarga de separar partículas grandes (plásticos entre otros), del agua
y los finos que lleva la misma, esta agua es utilizada en el hidrapulper y como
dilucion en el bell pugger de aquí parte de la pulpa sale como rechazo a las
alcantarillas en las siguientes condiciones 0.7/ 10 / 5.
Anteriormente mencionamos que los espesadores se encargan de extraer agua a la
pulpa para aumentarle la consistencia, estas aguas llevan finos ó fibras por tal
15
motivo, son enviadas a un recuperador de fibras (save all)(Figura K) que cumple la
función de filtrar estas aguas separando las fibras ó finos que se utilizan de nuevo.
Del agua recuperada salen dos tipos de agua: agua clara ( excenta de finos) utilizada
en las duchas del head box, y rodillo de pecho(primer rodillo en la mesa de
formación) al cual dentro del proceso se le adhieren fibras, las cuales las duchas se
encargan de evitar que se acumulen, usando agua clara.
Agua turbia; presenta algo de finos, es utilizada como dilucion en bombas y
limpiadores de alta densidad, y el agua sobrante va a las alcantarillas, a unas
condiciones de 0.02 / 0.03 / 35, Las aguas con finos ó fibras anteriormente
mencionadas, que van a las alcantarillas se dirigen a un tanque residual de agua
(Figura L), donde por medio de una bomba son enviadas a un hidrasive, para separar
los sólidos que vallan en las mismas; y las aguas que pasan por el hidrasive son
enviadas al clarificador (Figura M), este se encarga de separar el material liviano de
los pesados por gravedad utilizando unas aspas. Luego una bomba los envía al screw
press ó tornillo prensador el cual se encarga de prensar estos desperdicios, sacándole
agua y dejándolo manejable.
El agua del clarificador se envía a la laguna de oxigenación donde se oxigena el agua
antes de enviarla al río Cauca.
Figura A: Desfibración de Pulpa
Fuente: EL autor
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Figura B : Centrisorter y Limpiadores
Fuente: El autor
16
EspE"SOdOrE'S
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Figura C: Espesadores
Fuente: El autor
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Figura D: Tk de Ordinaria y Trampa Magnetica
Fuente: El autor
17
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13
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Figura E: Refinadores
Fuente: El autor
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H><1-() .. --------------~ Figura F: Tk de Refinado
Fuente: El autor
18
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O CAJÁ REBOSE
18J.5/0,7 /474 7
Figura G: Caja de Rebose
Fuente: El autor
19
7,5/0.J5/216
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J 08/ 3.5/ 57(1
Figura H: Tk Recolector de Agua
Fuente: El autor
Universidad lIuMnoma de oa:i~entt SECCION BIBLIOTECA
Figura 1: Limpiadores de Fibra
Fuente: El autor
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Figura J: Zaranda Jhonson
Fuente: El autor
RECUPEI?ADO¡;;' DE FJ ERA::!' C::;.AVE ALl)
Figura K: Recuperador de Fibras y Aguas
Fuente: El autor
T AI\JDUE RESIDUAL DE AGUA
- ( '1 ~------------------~~~/
Figura L: Tk de Agua Residual
Fuente: El autor
21
•
T cn'¡quE' Residuo I
Figura M: Carificador
Fuente: El autor
9 OBTENCiÓN DE LA MATERIA PRIMA
22
La materia prima la obtenemos de los desperdicios del proceso del papel, los cuales
resultan de los siguientes sitios: Del Bell Purgger consideramos lo que cae a las
alcantarillas del molino en las siguientes condiciones 0.7 / 10 / 5. De los limpiadores
de alta densidad se considera la pulpa que va a las alcantarillas. De la Zaranda ó
Jhonson se considera la pulpa que va a las alcantarillas, de los Bawers Cuaternarios
los rechazos de pulpa van directos a las alcantarillas a 30 g. p.m.
Todos estos desperdicios de pulpa que van a las alcantarillas son conducidos al
tanque de aguas residuales, donde una bomba los envía al hidrasive (separa la fibra
23
del agua ), esta agua separada aun lleva finos y es enviada a un clarificador donde se
asientan las fibras y son enviadas al screw press (tomillo prensador) que escurre la
fibra la cual es nuestra materia prima.
9.1 SELECCiÓN DE MATERIA PRIMA
Se tomaron muestras al azar de fibras de papel sobrantes. Estas muestras tomadas se
les realiza un cuarteo, el cual consiste en dividirla en cuatro partes mezclando cada
una individualmente, luego se toman porciones de cada cuarto, repitiéndose la
operación por cuatro veces a la cantidad obtenida del cuarteo anterior, esto garantiza
una selección homogénea.
9.2 TRA TAMIENTO DE MATERIA PRIMA SELECCIONADA
Después de haber seleccionado la materia prima, se lleva este producto al laboratorio,
donde se somete a un desfibrador, el cual consta de un disco de cuchillas que gira a
una velocidad de 1800 r.p.m., transmitido por un motor de 1 Hp; siendo el
funcionamiento similar al de una licuadora; luego se lleva al extractor de agua, que es
un recipiente cilíndrico y en su fondo tiene una malla fina, debajo de esta sigue una
tubería por donde se va el agua, quedando la pulpa en la malla. Esta pulpa es
utilizada en la construcción de las probetas.
24
9.3 CONSTRUCCIÓN DE PROBETAS.
Para hacer las pruebas se fundió un molde y se fabricaron cajas rectangulares de 12
pulg X 2 pulg X Ys pulg en aluminio.
PROBETA NUMERO 1:
Se tomó la muestra se moldeo y se puso a secar en horno a 160 oC.
RESULTADOS:
Probeta Porosa y quebradiza.
PROBETA NUMERO 2
Se tomó la muestra con un peso de 220 gr. en presencia de agua, se le agrego un
aditivo químico VFC - 3S, impermeable, que además sirve para fijar las fibras, la
cantidad fue del 10 %, es decir 22 gr.
RESULTADOS:
Probeta Porosa y quebradiza.
PROBETA NUMERO 3
Se tomó la muestra con un peso de 220 gr. en presencia de agua, se le agregó un 20 %
de aditivo químico VFC - 3S, impermeable, que además sirve para fijar las fibras, la
cantidad, es decir 44 gr., a una temperatura de 106 oc.
25
RESULTADOS:
Probeta Porosa y quebradiza.
PROBETA NUMERO 4
Se tomó la muestra con un peso de 220 gr. en presencia de agua, se le agregó un 30 %
de aditivo químico VFC - 3S, impermeable, que además sirve para fijar las fibras, la
cantidad, es decir 66 gr., a una temperatura de 106 oC.
RESULTADOS:
En la Probeta desaparece la Porosidad pero continua quebradiza.
PROBETA NUMERO 5
A la probeta numero 4 se le hicieron diferentes arreglos químicos, obteniéndose
resultados no satisfactorios.
PROBETA NUMERO 15
Para hacer una prueba se pidió información a fabricantes de papel de unipapel y se
nos recomendó que tuviéramos encuenta el molde de hacer las pruebas como también
la presión sobre el material, además que le adicionáramos fique. Con esta
información hicimos un molde rectangular en aluminio con agujeros para que tuviera
salida homogénea de agua evitando con esto que la probeta saliera porosa.
26
Empezamos el control de presión sobre las probetas, con 40 Psi, con esta presión se
logra dureza en la probeta, pues aumenta la densidad de las fibras.
Se tomó la muestra con las siguientes condiciones:
- Molde rectangular con perforaciones sobre la cara.
- La cantidad de fibra húmeda fue 265 gr.
- La presión fue de 40 lb/ pulg
RESULTADOS
- Disminuyó en un 60 % la porosidad.
- Aumento la dureza.
- Mejoró la conformación de la probeta.
- Quebradiza
PROBETA NUMERO 16A 19
- La cantidad de fibra húmeda fue 265 grs.
- La presión fue de 50 lb/pulg.
RESULTADOS
- No se presentó porosidad.
- La dureza permanece estable.
- La conformación de la probeta fue irregular.
- Quebradiza
27
PROBETA NUMERO 20
Aquí se decide ayudarle a la fibra desperdicio, con otras fibras, pues definitivamente
sola se comporta quebradiza e irregular, aunque su conformación fuese definida. Se
le adiciona fibra corrugado cuyo gramaje oscila entre 140 g~ Y 300 ~ para dar m m
dureza y elasticidad. Se le adiciona fibra plegadiza para mejorar conformidad de la
fibra. Se tomo la muestra de desperdicio y se le agrego 20% de corrugado y 20% de
plegadiza, con una presión de 50 psi, se deja secar a 106°C.
RESULTADOS
- Aumenta dureza a un 60%.
- Su conformidad es de un 60%.
- Aumenta elasticidad.
Es mas resistente a dejarse quebrar
PROBETA NUMERO 21
Se tomó la muestra de desperdicio y se le agrega un 30% de fibra corrugado y 20%
de fibra plegadiza, con una presión de 60 psi y se deja secar a una temperatura de
RESULTADOS
- Aumenta dureza a un 70%.
- Su conformidad fue definida.
- Aumenta elasticidad.
- Es mas resistente a dejarse quebrar.
28
Esta prueba se realizó directamente en el formador de teja.
NOTA: A las fibras que fueron utilizadas en laas probetas 20 y 21 se la hizo el mismo
tratamiento de la materia prima inicialmente explicado en cuanto a su desfibracion y
homogenizacion.
Con esta prueba creemos que se ha logrado el objetivo, de obtener un producto del
material desperdicio sobrante, en el proceso de papel, puesto que la completa dureza
se logra con el impermeabilizante que se le hecha a la teja.
10 PROPIEDADES FíSICAS
• Dureza
• Elasticidad
• Fragilidad (Rigidez)
• Resistencia A La Tracción
• Resistencia A La Flexión
• Conductividad Térmica
• Capacidad De Absorber Agua
10.1 DUREZA
10.1.1 Objetivo
29
Determinar la resistencia de papel al reventamiento por presión mediante la
aplicación de presión a una velocidad creciente controlada transmitida a través de un
diafragma elástico a una área circular de 3.048 Cm de diámetro del material bajo
ensayo.
10.1.2 Toma Muestras:
Ver norma nO 1 explicada en la propiedad elástica
10.1.3 Equipo:
Mullen Tester
Cortadura de muestras
10.1.4 Preparación De Muestras
Los especímenes se cortan en un tamaño mínimo de 10 Cm * 10 Cm
10.1.5 Procedimiento
Se sujeta el espécimen de tal manera que no resbale durante la prueba. Se aplica
presión hasta que el espécimen se reviente, anotando la máxima presión registrada en
el manometro, Se debe efectuar un igual número de pruebas por cada cara del papel
en un mínimo de 6 especímenes.
Universida4 Aut6noma de 0Cci4entt SECCION BIBLIOTECA
30
Las pruebas se deben efectuar en áreas libres de dobleces, imperfecciones ó daños
visibles, Se coloca el espécimen de tal manera que su borde sobresalga por lo menos
1 Cm de la periferia de la platina superior.
Después de cada prueba se regresa cuidadosamente la aguja indicadora del
manómetro a cero.
10.1.6 Informe
Reporte el promedio de las pruebas realizadas en los 6 especímenes en Lb 2 Pulg
10.1.7 Apéndice
Incontec 325 Método para determinar la resistencia del papel al reventamiento por
presión
Incontec 333 - 367 Acondicionamiento y método de muestreo del papel para ensayo.
Tappi 403 Ts 63 Bursting Strength ofPaper.
Tappi 807 Su 66 Bursting Strength ofPaper.
10.2 ELASTICIDAD
Dentro del proceso del papel, a esta propiedad se el conoce como alargamiento ó
elogación del papel.
10.2.1 Método Para Determinar Elasticidad
RESUMEN DEL MÉTODO
31
Consiste en someter un espécimen a una fuerza de tracción en un aparato apropiado "
monitor / Tensille 100 Tmi " y determinar el alargamiento alcanzado hasta el
momento de la rotura, la elogación es un indicativo de la capacidad del papel, para
conformar contornos deseados y por lo tanto es importante para papeles crepé, toalla
y papeles de empaque flexibles.
La toma de muestra y preparación de las mismas se realiza de igual modo que para la
prueba de tensil ó resistencia a la tracción que se realiza según norma n°l. Esta
norma tiene por objeto establecer el método de muestra de papeles, cartulina y sus
productos de conversión para análisis de un método ó despacho
10.2.2 Toma De Muestras
Las muestra podrán tomarse durante el proceso en producto terminado en bodega ó
cualquier sección de la fabrica.
10.2.3 Procedimiento
El muestreo se efectuara al azar, evitándose la selección deliberada de una porción
especial del lote del material. Cuando no sea practico muestrear todo el lote, este
podrá subdividirse en sub-lotes.
32
Para el muestreo se separan las unidades deterioradas por causales ajenas al preceso,
cuando sea evidente que un daño similar, no se efectuara en el lote.
De las muestras obtenidas se separan las unidades de prueba y especímenes, los
cuales se preparan de acuerdo con el procedimiento de cada método de ensayo en
particular.
Tabla 1: toma de muestras
Fuente: Normas Tappi
Unidades que forman el lote Unidades seleccionadas del lote
la5 Todas
6 a99 5
100 a 399 n -20
400 ó mas 20
* n es un múltiplo de 20, inmediatamente inferior al numero de unidades que forman
el lote
10.2.3 Equipo
Monitor tensile - 100 Tmi
Cortadora de muestras como la TMI 22 - 34 de doble cuchilla ó la cortadora ajustable
de precisión 22 - 2 - 1 ó la troqueladora.
33
10.2.4 Interpretación De Los Resultados
El segundo valor que reporta el equipo monitor / tensile 100 TMI corresponde a la
elogación. Las unidades están expresadas en porcentaje (%). Como el equipo no
reporta el valor promedio de las lecturas realizadas ni los valores altos y bajos ni la
desviación standard, el analista debe realizar dichos cálculos y reportarlos en su
informe. Si el valor promedio de las lecturas mas bajas y mas altas difieren. El
promedio para todas las lecturas en mas de 5 % se ensaya un numero suficiente de
especímenes hasta obtener resultados concordantes dentro de estos límites.
Si se obtiene un valor aislado muy alto ó muy bajo que no se repita en la otra
muestra, se descarta y se obtiene un promedio consistente sin incluir dicha lectura.
La tensión inicial aplicada a la tira antes de sujetar en la mandíbula debe ser la
requerida para dejarla completamente recta.
10.2.5 Informe
En este deben indicarse los valores de alargamiento para cada sentido, las lecturas
obtenidas MD, las lecturas obtenidas en CD con otra cifra decimal.
10.2.6 Reproducibilidad
Las determinaciones por duplicado en series diferentes de muestras de un mismo lote,
efectuados en aparatos distintos deben concordar dentro del 10% para los valores de
34
alargamiento menores ó iguales, para resultados mayores, la concordancia debe estar
dentro del 5%.
10.2.7 Apéndice
Normas icontec papel y cartón
La repetibilidad (dentro del mismo laboratorio): 10.2%
La reproductibilidad ( entre laboratorios): 28.5 %
La comporabilidad ( entre materiales): 19.6 %
10.3 RIGIDEZ
10.3.1 Objeto
Determinar la rigidez del papel.
10.3.2 Procedimiento
Determina la rigidez de la cartulina, midiendo la fuerza necesaria para doblar una
muestra de material, quince grados de la vertical.
10.3.3 Equipo
• Rigidez Taber
10.3.4 Objetivo
35
Esta relacionada a la rigidez de un empaque y su capacidad para resistir el pandeo
aplastamiento y otras deformaciones.
10.3.5 Material
Cartulina corrientes y esmaltados.
10.4 RESISTENCIA A LA TRACCiÓN
Esta norma tiene por objeto, establecer el método para determinar la resistencia del
papel a la rotura por tracción.
DEFINICIONES
Dirección de la maquina: Dirección en que corre el papel fabricado MD
Dirección Transversal: Dirección perpendicular a la dirección de la maquina.
10.4.1 Principio del Método
Consiste en determinar la resistencia a la rotura por tracción, de un espécimen,
mediante la aplicación de una carga gradual creciente, en un aparato adecuado. La
tensión del papel es un indicativo de la utilidad de muchos papeles, tales como:
impresión, envoltura, pañuelos de papel, papeles engomados; los cuales son
sometidos a fuerza de tracción directa.
36
10.4.2 Equipo
Monitor / Tensile - 100 TMl
Cortadura de muestras como la TMl - 22 - 34 de doble cuchilla ó la cortadora
ajustable de precisión 22 - 2 - 1
10.4.3 Toma de Muestras
Ver método de muestreo norma nO 1, explicado en elasticidad
10.4.4 Preparación De Muestras
Los especímenes de prueba, deben ser tiras cortadas en los dos sentidos MD = 4 tiras
y CD = 4 tiras. De bordes nítidos y con exactitud de 0.1 mm respecto al nominal. Su
longitud debe ser superior de 20 Cm de preferencia 25 Cm. El ancho debe ser de 15
mm.
Las muestras deben estar libres de anormalidades, marcas de agua, quiebres y
arrugas. Se deben analizar mínimo 4 especímenes en cada sentido.
Las muestras se acondicionan y analizan a una temperatura de 23 Oc ± 1 Oc y una
atmosfera de 50 ± 2% de humedad relativa (HR). Se rechazan lecturas de muestras
individuales si la tira resbala ó si se rompe dentro ó en el borde de la mandíbula.
10.4.5 Interpretación De Los Resultados
37
Los resultados obtenidos se expresan en los dos sentidos
X de lecturas abtenidas en MD
X de lecturas abtenidas en CD
Kg En unidades - mm. Con dos ó tres cifras significativas se expresa el valor
15
máximo, mínimo y desviación estándar.
La reproductibilidad de los resultados de ensayos hechos en otros aparatos para
muestras del mismo lote, debe ser de ± 5 % .
La resistencia a la tracción, siempre es mayor en el sentido 10ngitudinal(MD) que en
el transversal(CD), porque hay mayor numero de fibras alineadas en la dirección de
la marcha. Al aumentar el peso básico del papel, la resistencia a la tensión también
aumenta pero para un mismo tipo de papel, la mala formación de la hoja, el alto
contenido de materiales de carga, la húmeda y la baja refinación afectan
adversamente la resistencia a la tensión.
10.4.6 Apéndice
Norma incontec del papel y cartón
La repetibilidad dentro del mismo laboratorio es de 4.1 %, la comparabilidad entre
materiales 7.1 %.
38
10.5 RESISTENCIA A LA FLEXiÓN DEL PAPEL
10.5.1 Objeto
Este método describe un procedimiento para determinar la resistencia y la dureza del
papel por la prueba de crítica longitud cuando el espécimen es colocado en cantiliver.
Para el cartón, T APPI 489 es el mas recomendable.
10.5.2 Significado
Resistencia a la flexión, es una medida de dureza de una hoja sujeta a un doblez
externo, es usado para obtener el modulo de young' s.
La Dureza es la mejor medida de como el papel resiste el doblez.
10.5.3 Definiciones
La resistencia a la flexión del papel, es la habilidad de resistir, al aplicar una fuerza
de doblez; es proporcional a El, donde E es el módulo de young's, I es el momento de
mercIa.
La dureza es la habilidad de soportar un sobrepeso. Es proporcional a El , donde W W
es el peso por unidad de área.
10.5.4 Equipo
• Prueba de dureza
39
Es un instrumento para colocar una tira de papel a lo largo de una línea paralela al eje
de un espárrago, con el cual la tira puede rotar. esta se hace rotar indicando en una
escala circular, cuando la tira ha llegado a un punto crítico. La medida de rotación del
espárrago es de 1 ± 0.1 r. p. m
10.5.5 Muestreo Y Prueba De Especímenes
Se obtiene una muestra de papel deacuerdo con TAPPI 400.
Elimine cualquier curvatura de la hoja, en dirección perpendicular a la longitud de
deslizamiento por doblez. Redondee la hoja de 5 - 10 mm de diámetro. Si la curva se
reduce de espesor, entonces es una muestra representativa.
10.5.6 Procedimiento
Pre-condiciones, Condiciones y pruebas del espécimen en la atmosfera de acuerdo
con T APPI 402 " estándares condiciones y pruebas para el papel, cartón y productos
relacionados" .
Antes de usar el instrumento, el espárrago debe estar en una posición horizontal.
Asegure un extremo del espécimen y haga rotar el espárrago a una velocidad de 1
r.p.m. Esto define la longitud critica, la cual es medida de las líneas de deslizamiento
del espécimen cuando este está libre.
10.5.7 Cálculos
Universidad Autllnoma de Occi.lfttt SECCION BIBLIOTECA
L3 * W Resistencia a la flexion =
10000
L3
Dureza = 100
Donde:
L = Critica longitud en dirección del test. mm
W = Peso por unidad de área g2 m
Ga Tabla 2:Relación entre - y A
gIl
Fuente: Normas Tappi
Ga A Ga A - -gIl gIl
0.0 1.00 1.0 1.63
0.2 1.21 1.2 1.71
0.3 1.28 1.4 1.77
0.4 1.35 1.6 1.83
0.5 1.40 1.8 1.89
0.6 1.45 2.0 1.96
0.7 1.50 2.5 2.23
0.9 1.59
10.6 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
40
Ga A -gIl
3.5 2.36
4.0 2.49
5.0 2.72
6.0 2.95
7.0 3.18
8.0 3.40
10.0 3.89
41
Propiedad que se realiza en el cartón usado de aislamiento térmico, esto esta
relacionado a la rata de flujo de calor de un lado de la lamina de cartón hasta el otro
lado. Expresado en el gradiente de temperatura por unidad de área bajo condiciones
constantes.
10.7 CAPACIDAD DE ABSORBER AGUA
10.7.1 Objeto
Determinar el grado de absorción de agua en papeles planos con espesor superior de
0.1 mm.
Papeles Encolados: Son papeles que se han fabricado con productos que retardan la
penetración de líquidos tales como el agua, bebidas frías y calientes, tintas y aceites
entre otros.
10.7.2 Equipo:
• Aparato de Cobb
Esta conformado por un anillo metálico de 112.8 ± 2 mm de diámetro interior que
corresponda a un área transversal (A) interna de 100 Cm2. El espesor del anillo (B)
es aproximada de 6 mm y su altura de 25 mm.
El anillo se fija a una base metálica plana de aproximadamente 150 * 150 mm de
lado mediante una barra metálica plana de 170 * 25 * 6 mm. La barra lleva un
orificio en un extremo y una en el otro con el fin de permitir una operación rápida
esta fija a la base de dos tomillos de mariposa.
42
La base debe ir cubierta con una lámina de cuadrado de área mayor a la del anillo
sobre la cual se coloca el espécimen, esta permite formar un sello a prueba de agua
cuando el anillo esté sujeto a la base de posición de ensayo.
• Papel secante con peso básico de 200 a 250 gram~s y absorción de agua de 50 a mts
100 mI.
• Rodillo de bronce de superficie lisa de 200 mm de ancho aproximadamente y
10 ± 0.5 Kg de peso.
• Cronómetro.
• Vaso graduado de 100 mI.
• Balanza analítica.
10.7.3 Procedimiento
La muestra pesada, previamente se coloca sobre la lamina de caucho, completamente
seca, se coloca el anillo limpio y seco ajustándolo previamente por medio de la barra,
para evitar el escape de agua.
Se vierten en forma rápida 100 mI de agua, deslizada dentro del anillo y
simultáneamente se acciona el cronometro al minuto y 45 segundos, se bota
rápidamente el agua del anillo invirtiendo el conjunto y teniendo cuidado de que no
caiga ninguna gota sobre la parte del espécimen, que se encuentra por fuera del
anillo, Se aflojan los tomillos se retira la barra haciéndolo girar manteniendo el anillo
43
en la posición inicial con la mano, Se retira el anillo y el espécimen con el lado
húmedo hacia arriba, se coloca sobre un papel que tenga de base una superficie plana
y rígida.
Exactamente al finalizar el periodo de prueba, se colocan cuatro hojas de papel
secante sobre el espécimen secando el agua en exceso prensando el papel secante
contra el espécimen, mediante un solo movimiento oscilante del rodillo sin ejercer
presión adicional mediante la mano.
Si en el espécimen quedan residuos de agua evidenciados por la presencia de áreas
brillantes, se debe repetir la prueba retirando el agua del anillo un tiempo menor al
empleado anteriormente. El espécimen se dobla con la superficie húmeda hacia
adentro e inmediatamente se pesa con aproximadamente de 0.01 gramos. Si el agua
se pasa a través del espécimen, los resultados no son aceptables y sirven únicamente
de comparación, en este caso el tiempo de prueba puede reducirse a un minuto ó el
ensayo se puede hacer sobre dos especímenes unidos con gancho. Las pruebas se
hacen dos veces por papel a analizar para ello se realiza una con el lado filtro hacia
arriba y se promedian los dos resultados.
10.7.4 Cálculos
El peso del agua absorbida en gram~s, se determinan restando del peso final de la mts
muestra húmeda, el peso inicial. Este seria el numero de Cobb.
Grado de Cobb = Numero Cobb * 100.
44
10.7.5 Reproducibilidad:
Los resultados deben concordar dentro del 10%, para el promedio de valores
obtenidos por distintos operadores.
Tabla de propiedades físicas de algunas calidades de papeles comerciales
Tensil
Mullen
Grado Cobb
Rigidez
Tabla 3:Calidad Corrugado Medio 300 g2 m
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
41 7.6
60 56
250 150
60 50
Unidades
Kg
15 mm
Psi
Gr --mts2
GRF
Tensil
Mullen
Grado Cobb
Tensil
Mullen
Grado Cobb
. 45 Gr Tabla4: CalIdad sulfito --2-
m
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
4 3.8
16 14
45 35
48Gr Tabla 5: Calidad kraft natural--
2-
m
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
4 2.9
20 13
35 28
45
Unidades
Kg
15mm
Psi
Gr --rnts2
Unidades
Kg
15mm
Psi
Gr --mts2
Tensil
Mullen
Grado Cobb
Tensil
Mullen
Grado Cobb
. 45 Gr Tabla4: CalIdad sulfito --2-
m
Valor Máximo Valor Mínimo
4 3.8
16 14
45 35
48Gr Tabla 5: Calidad kraft natural--2-
m
Valor Máximo Valor Mínimo
4 2.9
20 13
35 28
45
Unidades
Kg
15 mm
Psi
Gr --mts2
Unidades
Kg
15 mm
Psi
Gr --mts2
Tensil
Mullen
GradoCobb
Tensil
Mullen
GradoCobb
Tabla 6:Calidad Kraft Alta resistencia 60 Gr.
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
6.96 4.82
26.5 23.5
35 28
Tabla 7:Calidad Mostaza 70 Gr.
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor MÍnimo
5.5 4.5
26 20
35 28
46
Unidades
Kg
15mm
Psi
Gr --mts2
Unidades
Kg
15 mm
Psi
Gr --mts2
Tensil
Mullen
Grado Cobb
Tensil
Mullen
GradoCobb
Rigidez
Tabla 8:Calidad Mostaza 80 Gr.
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
28 24
6.5 5.5
35 28
Tabla 9:Calidad Bond Blanco 60 Gr.
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
4.5 36
22 18
30 28
140 100
47
Unidades
Kg
15 mm
Psi
Gr
mts2
Unidades
Kg
15 mm
Psi
Gr --mts2
GRF
Tensil
Mullen
GradoCobb
Rigidez
Tensil
Mullen
Grado Cobb
Rigidez
Tabla 10: Calidad Blanco Alta Resistencia 60 Gr.
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
6.96 4.82
26 23
35 28
80 60
Tabla ll:Calidad Bond Blanco 75 Gr.
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
7.5 5.36
35 25
35 28
210 150
48
Unidades
Kg
15mm
Psi
Gr --mts2
GRF
Unidades
Kg
15 mm
Psi
Gr --mts2
GRF
49
Tabla 12: Calidad Bond Blanco 90 Gr. de Alta Resistencia
Fuente: Normas Tappi
Tensil
Mullen
Grado Cobb
Tensil
Mullen
Grado Cobb
Rigidez
Valor Máximo Valor Mínimo
7.5 6.5
38 32
35 28
Tabla 13: Calidad bristol170 Gr.
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
11.78 9.64
80 60
35 28
30 20
Unidades
Kg
15mm
Psi
Gr --mts2
Unidades
Kg
15 mm
Psi
Gr --mts2
GRF
UnIversidad AutOnoma de OCCi .... tt SECCION BIBLIOTECA
Tabla l:Calidad Liner Corrutec
Fuente: Normas Tappi
Valor Máximo Valor Mínimo
Tensil 10.5 8.5
Mullen 40 30
GradoCobb 35 30
Rigidez 3.5
11 PROPIEDADES QUíMICAS DEL PAPEL
• Resistencia Al Agua.
• Resistencia a los ácidos.
• Resistencia a los aceites.
11.1 RESISTENCIA AL AGUA
11.1.1 Objetivo
Mide la resistencia del papel a la penetración del agua.
11.1.2 Procedimiento
50
Unidades
Kg
15 mm
Psi
Gr --mts2
GRF
51
Mide la resistencia del papel a la penetración del agua mediante el tiempo que
demora el agua en contacto con el papel, en pasar a la otra cara del mismo y hacer
que una mezcla de color (indicador) cambie de tono.
11.1.3 Equipo
• Indicador
• Cronometro
• Recipiente.
11.1.4 Objetivo
Permite controlar la absorción de agua del papel en el proceso de impresión y su
posterior uso.
11.2 RESISTENCIA ÁCIDOS
Primero se humedece el papel en agua posteriormente se somete una solución de
ácido sulfúrico durante un minuto y se le mide la resistencia mediante la prueba de
tracción.
11.3 RESISTENCIA A ACEITES
La prueba consiste en colocar una lamina de papel a 45° de inclinación y se deja caer
una gota de aceite de baja densidad, se mide el tiempo en que se absorbe. El tiempo
puede variar entre cero e infinito.
52
11.3.1 Impermeabilización Del Papel
Para impenneabilizar el papel, puede emplaerse una máquina ó aparato conveniente,
pero el mejor procedimiento es el siguiente; pudiéndose tratar el papel en pasta ó ya
tenninado. Si se trata la pasta, el método mas práctico es el de empezar el tratamiento
al salir de los cilindros prensadores, ya que, aunque húmeda, ha perdido el exceso de
humedad. Apartir de este punto es idéntico el tratamiento del papel en pasta al de
papel en hojas.
El tratamiento consiste, primero en saturar el papel con un material aglutinante, con
preferencia cola animal caliente, para favorecer la rápida absorción e introducción
del mismo en todas los intersticios microscópicos del papel en cuestión. Es
conveniente disponer de un depósito con el material aglutinante, que puede
mantenerse a temperatura constante, por el que se hace pasar el papel que queda así
saturado, para 10 cual debe ser papel continuo, arrollándose en un cilindro después
de tratado. De este modo se ahorra tiempo, el papel no pierde nada, ya que se ha
encontrado que la incorporación del material aglutinante al papel de cierta clase ( por
ejemplo el papel manila ligeramente encolado )se efectúa en unos segundos
solamente. A medida que va pasando el papel por este baño, se va quitando el exceso
de liquido sobre la superficie, mecánicamente, y en muchos casos es preferible
pasarlo por entre rodillos para quitar este exceso.
53
La concentración y consistencia del baño aglutinante puede variarse, según el papel
de que se trate y el uso a que se destine. Sin embargo, en la mayoría de los casos de
muy buenos resultados una solución de una parte de cola animal en 10 partes de
agua. Después de salir el papel de este baño, y de haberle quitado el exceso de
líquido adherido a su superficie, se pasa, antes de secarlo, por una solución de
aldehido fórmico en agua, para fijar la cola; también varia la concentración de esta
ultima solución, según la clase de papel y su uso; pero la mayoría de los casos dá muy
buenos resultados una solución de 1 parte de aldehido fórmico (en solución al 35 por
100 ) por 5 partes de agua, y mejores resultados se obtienen si el baño es frío en vez
de caliente, aunque no es funcional que tenga una determinada temperatura. El efecto
de la solución de formaldehído sobre el papel ya encolado cosiste en precipitar la
cola y hacerla insoluble.
Al salir el papel del baño de aldehido fórmico, se le quita mecánicamente el exceso
de liquido, siendo el mejor modo, el de pasarlo por entre los rodillos.
El papel así tratado puede secarse de cualquier modo conveniente, quedando ya en
condiciones de empleo para la mayoría de usos comerciales, gracias a su gran
resistencia, y a ser muy flexible, impermeable al agua. ácidos, grasas y álcalis, y se
presta muy bien a la manufacturera de cuerdas, tapetes ó tapices, para envolver y
forrar envases, ect. pero puede dar un olor desagradable y llevar consigo traza de
54
ácidos, que lo inadecuán para ciertos usos, como por ejemplo, para envolver manteca,
queso, fiambres, ect. También sirve este papel para tapar juntas en tuberías de agua ó
de vapor, y en otras conducciones y empalmes.
Para quitar al papel toda traza de ácido y todo el olor y sabor, es decir para hecerlo
higiénico, se pasa por un baño compuesto de agua y un álcali volátil (amoniaco),
siendo la mejor proporción en casi todos los casos la de una parte de hidrato
amoniaco por 90 partes de agua, y puede agregarse una pequeña proporción de
alcohol de madera.
12 APLICACIONES Ó POSIBLES APLICACIONES
De acuerdo al estudio y las pruebas realizadas, vemos que este material sobrante en el
uso del papel se puede utilizar en:
a) Panales de huevos.
b) Juegos didácticos por ejemplo en cubos ó ruedas pintadas con números.
• Divisiones Para Cubiculos
• Ladrillos Cubiertos Con Asfalto .
• Tejas Recubiertas Con Asfalto.
12.1 SELECCiÓN DE UNA Ó DOS APLICACIONES
Entre las aplicaciones tenemos:
1- Juegos Didácticos.
55
2- Tejas cubiertas con asfaltos.
La aplicación escogida fue:
• Teja ondulada recubierta con asfalto.
12.2 DIMENSIONES Y FORMA
La teja ondulada recubierta con asfalto tendrá las siguientes dimensiones:
Largo (L) * Ancho (A) * Altura (H)
13 DEFINIR EL METODO DE FABRICACION
13.1 POSIBLES ALTERNATIVAS DE FABRICACiÓN
1- Método de la rueda dentada
2- Método de troqueles formadores.
13.2 DEFINICiÓN
1- Método de la rueda dentada
Consiste en una rueda dentada con la forma de la ondulación de la teja que se
desplaza por una cremallera la cual posee una resistencia que mantiene caliente el
sistema a unos 112 oC, por medio de estos se hace pasar una lamina formada del
material sobrante en el proceso del papel de ~ Pulg, dicha lamina viene 16
56
semi prensada al pasar entre la rueda dentada y la cremallera queda ondulada y se
embebe en asfalto.
13.3 MÉTODO DE TROQUELES FORMADORES.
13.3.1 Definición:
Consiste en dos troqueles macho y hembra, de forma ondulada en una de sus caras.
Estos disponen de una resistencia eléctrica, que alcanza una temperatura de 112 oc. El troquel macho dispone además de cuatro espigos cilíndricos que funcionan como
sigas y permiten el caso preciso entre troqueles. El troquel macho va apoyado en la
base de la estructura que soporta todo el sistema mientras que el troquel hembra esta
sujeto al espigo del cilindro el cual le da movimiento de entrada y salida.
La lamina formada por material sobrante en el proceso de papel y de espesor 5/16
pulg, se hace pasar, ya sea semiprensada ó no, por en medio de estos troqueles, los
cuales al hacer presión uno sobre otro, le dan la forma ondulada requerida.
Los troqueles están formados por dos piezas una de acero y otra de aluminio, las
cuales se fijan entre si por tomillos, llegando a formar una sola pieza. La pieza que
es de material acero, funciona como recamara ó caja, de la pieza que es de material
de aluminio, siendo esta ultima la que tiene la forma ondulada. Con esto se busca el
fácil recambio del troquel, ya sea porque se requiere de una ondulación diferente, ó
porque este se dañ.a.
13.4 EVALUACiÓN Y SELECCiÓN DEL MÉTODO DE FABRICACiÓN MAS APROPIADO:
57
Debido a la facilidad de recambio de troqueles que permite un sin numero de estilos
de ondulado de tejas, además de su facilidad de fabricación individual, y al fácil
montaje se seleccionó el método de troqueles formadores.
14 DISEÑO DE MAQUINA PARA DESARROLLAR EL PROCESO DE FABRICACiÓN DEL PRODUCTO.
14.1 DATOS Y PARÁMETROS
14.1.1 Parámetros Que Dependen Del Producto:
Dimensiones y formas de la teja.
Dimensiones: largo (1) x ancho (a) x alto (h)
largo = 1200 mm
ancho = 1064 mm
altura = 45 mm
Forma
presenta ondulaciones circulares continuas, con una distancia entre centros de = 92
mm.
14.1.2 Parametros Que Dependen De Las Propiedades Del Material
La carga que puede soportar la teja formada es 50 Lb prueba que se hizo
empíricamente colocando pesas a la probeta. La cual inicialmente presento
deflección y luego rotura.
58
14.1.3 Parametros Que Dependen De La Aplicacion Delproducto
Debe resistir al agua por lo cual se impermeabiliza con parafina
14.2 ESQUEMA Y FUCIONAMIENTO DE LA MAQUINA
Planos anexos
15 DIMENSIONAMIENTO DE LA MAQUINA
15.1 CALCULO DE LA PRESIÓN DE ACUERDO A LA FUERZA PARA EL ÁREA DE PROBETA DE TEJA
Medidas de probeta plana
280 mm * 68 mm * 6 mm
Fuerza aplicada 1200 Kgf
P = ~ A
A = (290 * 140)mm2 = 40600mm2 * 1 = 0.04 me
(1000rmm2
2.209 Lbf Fuerza = 1200Kgf * = 2646 Lbf
1 Kgf
Fuerza = 2646 Lbf
P = Fuerza Area
2646 Lbf = 42 Psi 62.9 Pulg2
15.2 CALCULO DE LA FUERZA APLICADA PARA EL PRODUCTO FINAL A = Área del producto final.
F = Fuerza aplicada al producto final.
P = Presión aplicada a producto final.
A = 1100 mm'" 1200 mm = 1.32 mt2 = 2046 Pulg2
P=42 Lbf Pulg2
P = F ~ F = A ... P = 42 Lbf * 2046 Pulg2 = 85932 Lbf ~ 39 Ton. A Pulg2
15.3 CALCULO DE TROQUELES FORMADORES
Gt··~o rico b
En base al gráfico b, tenemos:
F=P*A=Pa*l
59
Universidad JlutOrHJ'!1~ ,1- "-r,dellte SECCION I3IBLI~,' ~ ,/\
Donde:
F = Fuerza de tracción sobre el troquel formador (gráfico a)
P = Presión ejercida sobre el troquel (gráfica b)
A = Área de trabajo del troquel
Haciendo la sumatoria de fuerza en y
Haciendo momento con respecto al punta 2
FL FL - - = O
1 2
FI = 0.5 F
Entonces
O.5F + F2 = F ~ F2 = 0.5 F
Siendo F 1 = F2, fuerza resultante (gráfico a)
F = Fuerza total ejercida (gráfico a)
DeF=P*A=Pa*1
Pal F =
1 2
A adm = A p
Donde
Pal
2hI Pa 2h s A p
A p = Esfuerzo admisible del acero referido al recuadro (figura a')
60
A a d m = Esfuerzo de diseño
_ A p Pa A p
A adm - Fs => 2h ~ Fs
PaFs h ~
42 ~* 42Pulg * 3.5 Pulg2
2 * 5000·~ Pulg2
= 0.617 Pulg = 15.68 mm
15.4 DISEÑO DE ESTRUCTURA QUE SOSTIENE EL FORMADOR DE TEJA
P = 42 Lb Pulg
a = 1064 mm ~ 42 Pulg
A = 60000 ~ P Pulg2
Fs = 3 a 4 para cargas inciertas
Peso total de la masa = 40 Ton
61
Como es una carga distribuida, ósea se distribuye sobre los dos apoyos con una carga
de 20 ton. en cada uno.
La barra de 1250 mm se muestra cargada en la figura.
La carga distribuida se hala de la siguiente manera:
F = 20 ton * 2205 Lb = 44100 Lb ton
Pulg L = 1250 mm * ---=-- = 49.2126 Pulg
25.4 mm
w = ! = 44100 Lb L 49.2126 Pulg
= 896 Lb Pulg
Las reacciones en los extremos es:
49.2126 ¿M(1) = O => 896 * 49.2123 * - 49.2126R2 = O
2
R 2 = 22050 Lb
R, = 896 * 49.2126 - 22050 => R, = 22050 Lb
Ahora se halla el momento flector máximo que actúa en la viga:
62
M = 22050 * 49.2126 _ 896 * 49.2126
M S ;;::
2 2 49.2126
* = 3125374 Kg*m 4
= 52 Kg2
Material de vigas comerciales mm
S ;;:: 3125374Kg-mm = 60103 mm3 = 60.1 Cm3
52 Kg mm2
63
En la tabla de perfiles de vigas en H (aceTOsa) se busca un perfil de sección igual ó
superior a 60.1 Cm3 H 6 * 12
a = a P => Fs = a P
d Fs a d
11.9
60.1 1.98
15.5 CALCULO DE TORNILLOS QUE SOPORTAN EL FORMADOR DE TEJA
5512 Lb
64
La carga es tangencial en el soporte para los cuatro tomillos que sostienen el troquel
sobre la estructura
F = 22050 Lb
Luego para un tornillo es:
F f = -
1 N 22050 Lb
4 5512 Lb
La carga de compresión que debe crear cada tomillo es:
f. = I
Donde
5512 Lb = 13780 Lb 0.2 * 2
¡..t = Coeficiente de rozamiento para el acero con acero, siendo 0.18
n j = Numero de juntas
Con el fin de obtener tomillos proporcionales a soporte se escoge acero SEA 63 con:
Su = 100000 Lb 2 ' Sp = 80000 Lb 2 . Según la tabla 4.10, el factor de seguridad es Pulg Pulg
3 para materiales en condiciones inciertas de carga. Calculando el área resistente para
tomíllos cortados se tiene:
Donde:
Fd = fs * ti = Carga de diseño, con un factor de servicio fs = 1
S S S adm = _P- o -Y-Resistencia admisible del material del tornillo.
Fs Fs
Sp = Carga ó resistencia de prueba
Sy = Limite de fluencia del material
Fs = Factor de seguridad = 3
dr= 13780 Lb * 3
80000~ * J[
Pulg2
65
= 0.405 Pulg
En la tabla 4.7 de diseño del Ing. Jorge Caicedo para dr = 0.405 Pulg equivale a un
diámetro de tomillo de ~ Pulg, 13 NC 2
DESIGNACIÓN
1 - Pulg-13 UNC-Grado 3 2
15.6 CALCULO DE TORNILLOS QUE SOPORTAN EL FLANCHE DEL
FORMADOR.
66
Suponiendo que Kt < Kp ó también que Kt = 0.15, para este tipo de unión. Kp
K = Constante de resorte en general para un elemento sometido a tracción ó
compresión.
Kt = Constante del tomillo
Kp = Constante para las partes.
Entonces la tensión inicial es:
1 Kt] = 2Q (_1_) = 1.74 Q = 1.74 *2715 = 4724 Kgf + _ 1.15
K p
Es la tensión inicial para los cuatro tornillos ó para tomillos de unión.
La fracción de la carga de servicio.
Q( 1 J 1 + Kp 2715 * ( 1 )
___ K_t_ = 1 + 0.15 = 590 Kgf N 4
¿\ ft =
Para un solo tomillo. La carga total de tracción sobre un tornillo es:
F 1 4724 Ft = Fl + ¿\Ft = + ¿\Ft = -- + 590 = 1771 Kgf = 3905 Lbs
N 4
Material para los tomillos acero G2, con carga de prueba Sr = 55000 lb/pulg2, tabla
4.10 (Memorias del Ing Jorge Caicedo) y Fs = 3.5 para choques.
El área resistente es:
Fd Ar=
Sad
3.5 * 2 * 3905 = 0.497 pulg2
55000
Jr * d 2 {4*Af A r = 4 r => dr = V--;;- = 0.795 pulg
donde:
Fd = Carga de diseño
Fs= Factor de servicio = 2, para choques fuertes.
Tomillo escogido con d = 1 pulg para rosca cortada.
15.7 COMPROBACiÓN DE LAS CONSTANTES
/ /
/ Lo - 4.25 1---------('
.",
"".
l. .1
67
Como las constantes fueros supuestas se les debe calcular para ver si el supuesto fue
acertado
Constantes para el tomillo
lt = Longitud del tomillo.
lt = 3 pulg ( Espesor de platina 3/4).
Área del tomillo
A = 4
1í * 0.5002
4 = 0.19 Pulg
Reemplazando la constante del tomillo es.
AE 3*107
K = - = 0.19 * = 1.9 * 105 Pulg t L 3
t
Constante de loas partes. De la tabla 4.13 se tiene que:
1 A = 1- para la tuerca.
2
Luego.
Dp = A + Lp 2
1.5 + 4.5 2 = 2.87 Pulg
1 1 Da = d + - = 1 + - = 1.0625 Pulg.
16 16
Reemplazando las partes comprimida de las partes es:
La contante es:
68
Kp= ApEp Lp
L 1 ., Kt
are aClOn-= Kp
5.605 * 3 * 107
= 39564705 Lb - Pulg 4.25
1900000 = 0.048 39564705
69
Contra un supuesto de 0.15, como el error cometido esta del lado de la seguridad los
cálculos pueden ser aceptados como buenos aunque conservativos.
15.8 DISEÑO DEL SISTEMA HIDRÁULICO PARA COMPACTAR TEJA DE PAPEL
, \ L _ ~
VALVULA~ ~TPABALANZA " " \ ..
\ ......
...-!-I-.-.:-...... VAL V~I'[CCIIJN.l CILlNDRD IV' I /~~ 'TANQUE
I I
I /
I /
/ /
/ (~~~I
~ ~/
Ulllwersidad Aut6oo'11a de Occidente SECCION BIi3uOHCA
70
EXPLICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO
• El compactar es un mecanismo hidráulico donde el pistón posee un troquel
rectangular al final del vástago, este sistema posee unas guias para que encaje
preciso con el troquel inferior.
• La carga necesaria para compactar la teja de papel es: 39 Toneladas
• La fuerza que deberá ejercer el vástago del cilindro es de 39 Toneladas.
• La longitud de la carrera es de 12 Pulgadas.( Se tuvo encuenta que el operador
pueda acomodar la teja para compactar)
• La velocidad del pistón es 3 cm / seg, para una mayor rapidez en el proceso de
compacto y formado de la teja.
15.9 CALCULO DEL DIÁMETRO DEL CILINDRO
En donde:
dci = Diámetro interior del cilindro.
Pc = Presión en el interior del cilindro. ( Suponiendo un 10 % en perdidas)
Pc = Pbomba - 0.1 Pbomba.
Donde:
Pbomba = Presión de trabajo de la bomba.
Si la bomba que se requiere seleccionar es de paletas se permite asumir una presión
máxima de 2500 psi para manejo de aceite. Según catalogo de la vickers pago b-32
Pc = 0.9 * 2500 Psi
Pc = 2250 Psi.
Ac = Área sección transversal interna del cilindro
Faxial = Fuerza axial que actúa sobre el vástago.
Faxial = 39 Ton * 2205 Lbf = 85995 Lb-F Ton
dci = 4 * 85995 Lbf
1-------::-::-::--;--- = 6.97 Pulg ~ 7 Pulg J[ * 2250 Lbf/
/Pulg2
15.10 PRESIÓN DE TRABAJO
71
Con el diámetro standard del cilindro se calcula nuevamente el área y la presión de
trabajo dci calculado = 6.97 Pulg, dci standard = 7 Pulg
J[ * 72
Area = = 38.4 Pulg2 4
fuerza Presion =
Area 85995 = 2239 Psi 38.4
Presion = 2239 L~ulg2
15.11 CALCULO DEL CAUDAL MANEJADO POR LA BOMBA
Q=Vrnax * Aci
En donde:
Q = Caudal requerido en el cilindro en (G.P.M)
V max = velocidad de avance del vástago (pie/Seg)
Ac = Área de la sección transversal del cilindro (Pie2)
3 Cm * 1 Pulg * Vmax = Seg 2.54 Cm
Pie Vmax = 0.098 -
Seg
1 Pie
12 pulg = 0.098 Pie
Seg
Ac = 38.4 Pulg2 * 1 Pie2
2 = 0.266 Pie2
(12 pulg)
Q = Vmax * Ac
Q = 0.098 Pie * 0.266 Pie2 * 60 Seg * (12 Pulgf * Galon Seg 1 min Pie3 231 Pulg3
Q = 11.7G.P.M. ~ 12G.P.M.
15.12 CALCULO DE LA POTENCIA HIDRÁULICA
NHC = Q (G.P. M) * Pct(psi) - H 1714 - P
NHC = 12 (G.P.M) * 2239(psi) 1714
15.28 Hp
15.13 CALCULO DEL DIÁMETRO DEL VÁSTAGO
72
73
La conexión extremo Vástago - Pivotado y guiado de la fig. Vi-5, caso 6, pagina 219,
de Accionamientos Hidráulicos de Danilo Ampudia.
Fs=0.7
Este factor se multiplica por la carrera del vástago (Cv) para hallar la longitud básica
del vástago (Lb)
Lb= Cv * Fs
Donde
Cv= 12 Pulg
Lb = 12 Pulg * 0.7 = 8.4 Pulg
Con la longitud básica en pulgadas y la fuerza ejercida sobre el vástago se halla el
diámetro del vástago en el nomograma
fuerza axial = 85995 Lbf
Lb= 8.4 Pulg.
El diámetro del vástago según el nomograma fig. VI - 19 del libro de Danilo
Ampudia
dci = 3 Pulg
El valor del diámetro del vástago dado es el normalizado pero el recomendado para
un cilindro de 7 pulg es de 3.5 pulg.
La selección del material del vástago y cilindro
Material del vástago: Aceros resistentes a la corrosión DIN X 40 Cr 13
Numero 1.4034
Elementos de elevada resistencia al desgaste
• Limite de elasticidad 45 KP2 = Sy mm
• Resistencia a la tracción: Su = 65 - 80 KP2 mm
Tomo 11 Fig VI - 19 pag 240 } Libro de Accionamientos Hidraulicos
Tomo 11 Tabla VI - 5 pag 256
Material del cilindro Acero DIN St 35.4 numero 1.0309 tubos sin soldadura
Limite de elasticidad St = 23 KP2 mm
Resistencia a la tracción Su = 35 - 45 KP2 mm
Tomo 11 Tabla VI - 5 pag 256
15.14 VERIFICACiÓN DEL VÁSTAGO POR PANDEO
Primero se calcula la esbeltez
Le e = r
r = Ji
Donde:
74
Le: Longitud efectiva de pandeo
r: Radio de giro del elemento
I: Momento de inercia axial de la sección resistente del elemento.
A: Área de la sección resistente del elemento
Se calcula la longitud efectiva de pandeo (Le)
Para el caso 3 Fig. VI - 6
Le = 0.707 * L
Le = 0.707 * 12 pulg = 8.484 Pulg.
Ahora el momento de inercia de una sección circular maciza es:
1
1t * dv2
A= 4
El radio de giro es:
dv
4
Reemplazando valores e la ecuación de esbeltez tenemos:
Le e = r
4 *Le
dv
4 * 8.4 = 11.3 Grados de esbeltez
3
75
76
Con este valor no habrá problemas de pandeo ya que se utiliza la formula de euler
para un rango mayor de 120 grados de esbeltez y la formula de jhonson para grados
de esbeltez entre 40 y 120, como el valor de esbeltez da menor que este rango no hay
problema de pandeo.
El vástago se toma de 3.5 Pulg.
15.15 CALCULO DEL ESPESOR DE LA PARED DEL CILINDRO
t = dci
- 2
Donde:
t: Espesor de la pared (mm)
Sy: Esfuerzo de fluencia ( KP2) mm
p: Presión de trabajo en atmosferas
dci = 7 Pulg * 25.4 25.4 mm = 177.8 mm Pulg
Sy=23 Kp mm2
K esta 2 y 4 escogemos K = 2
p = 152.3 Atmosferas
Reemplazando
15.16 CALCULO DE LA TAPA DEL FONDO DEL CILINDRO
tf = 0.405 De * /P v~
Donde:
tf = Espesor de la tapa.
Dc = Diámetro del cilindro. = 177.8 mm
P = Presión de trabajo = 2239 Psi = 152.31 Afm
Su = Resistencia ultima del material del cilindro = 40 KP2 mm
Reemplazando.
tf = 0.405 * 177.8 mm * 152.31 Afin = 44.43 mm ~ 1 ~ Pulg
0.1 4000 KP2 4 mm
15.17 DIMENSIONAMIENTO DE PARTES INTERNAS DEL CILINDRO
Lf r"lin
L f'1 Lf2 q
\ \\......_C_l_L_H_'JD_R_D
77
78
15.17.1 Dimensionamiento Interno
(Tomando del libro accionamientos hidráulicos Fig. VI - 8A, Paginas 224 y 237)
Espesor del embolo ó pistón Lf¡ = ( 0.4 ... 0.6)D
Espesor del apoyo del vástago Lf2 = (0.8 ... 1.2)d
Longitud mínima del apoyo y pistón con el vástago totalmente salido: Lmin = O.5D +
d
D = diámetro del embolo
d = diámetro del vástago
Tomando
Lf¡ =0.6D
Lf¡ = 0.6 * 7 Pulg = 4.2 Pulg
Lf2 = Id
Lf2 = 1 * 3.5 Pulg = 3.5 Pulg
Lfrrun = 4.2 Pulg + 3.5 Pulg = 7.7 Pulg
15.18 SELECCiÓN DE LA BOMBA
Q=Vmax * Aci
Donde
Q = Caudal requerido (G.P.M)
V = Velocidad de avance del vástago (Pie / Seg)
Ac = Área de la seccion transversal del cilindro (Pie2)
Vmax = 3Cm * Seg
lPulg
2.54 Cm * Pie
12 Pulg
Área del cilindro: 38.4 Pulg2 = 0.266 Pie2
Q = 0.098 Pie * 0.266 Pie3 = 0.026 Pie3
Seg Seg
= 0.098 Pie Seg
Q = 0.026 Pie3 * (12 PulgY * Galon * 60 Seg
Seg Pie 3 231 Pulg3 mm
15.18.1 Datos Para La Selección
Q= 126G.P.M
Pb = ( 2250 - 2500) Psi
79
11.6 G.P.M ~ 12 G.P.M
15.19 CALCULO DE LA POTENCIA NECESARIA PARA LA BOMBA DEL MOTOR PRIMARIO
La potencia del motor primario esta dada por:
N = req
P*Q
1.74*r¡t
Las firmas americanas teniendo encuenta las fugas de las bombas, aconsejan emplear
en los circuitos con bombas de caudal constante, aceites en la que la viscosidad esta
entre 1500 Y 300 ssu.
Universidad Aot6noma d~ Occi.ent. SECCION BIBLIOTECA
80
Se escoge un aceite con 200 ssu de viscosidad, 1800 RP.M. Y una presión de 2500
Psi.
Del libro de Accionamientos hidráulicos Tomo TI Nomograma V - 3, Pag 196 se
tiene:
1Jt = 82%
1Jv = 94%
Nreq 2500 * 12
1714 * 0.82 = 21.34 Hp
15.20 SELECCiÓN DE ACCESORIOS
15.20.1 Selección De Válvulas
SELECCIÓN DE LAS VÁLVULA DIRECCIONAL
Q= 12G.P.M.
P = 2500 Psi
Del catalogo de la Vickers, se escoge la válvula direccional con la siguiente
referencia:
mode series:
F3 - DG5S4 - 042A - X - T - B - 40
Vickers, Selección válvula direccional f 89.
SELECCIÓN DEL REGULADOR DE CAUDAL
Q= 12G.P.M.
P = 2500 Psi.
81
Del catalogo de la vickers se selecciona el regulador de flujo con la siguiente
referencia:
ModelCode
F3 - FN - 10- 11
Este regulador nos garantiza un caudal Q = 50 G.P.M. Y una presión operativa de
3000 Psi.
SELECCIÓN DE LA VÁLVULA DE SEGURIDAD
Q= 12G.P.M.
P = 2500 Psi.
Del catalogo de la vickers se selecciona la válvula se seguridad con la siguiente
referencia:
Model Code
F3 - CG5 - 06- lA - F - B - 79
Esta válvula es accionada con selenoide, teniendo un rango de presión ajustable entre
(1500 - 3000) Psi con una capacidad de caudal de 45 G.P.M.
SELECCIÓN DE LA VÁLVULA DE CONTRABALANZA
82
Q= 12G.P.M.
P = 2500 Psi.
Del catalogo de la vickers se selecciona el la válvula contrabalanza con la siguiente
referencia:
ModelCode
F3 - RCT - 06 - FPl - 20
Esta válvula nos garantiza un caudal Q = 30 G.P.M. Y una presión operativa de 2000
Psi.
SELECCIÓN DE LAS MANGUERAS
El diámetro interior de las mangueras se determina a partir de el Nomograma N - 19.
Si se conoce el caudal requerido y considerando las velocidades recomendadas para
la descarga tenemos:
Q= 12G.P.M.
. Pie Pie Vs = velocIdad de descarga recomendada esta entre 7 y 15 -, escogemos 9-De
Seg Seg
la Fig. IV - 19 Del libro Accionamientos Hidráulicos obtenemos un diámetro de
3 - Pulg 4
Con este Valor y la presión de la bomba se selecciona el tipo de manguera con la Fig.
IV -20.
83
Para un diámetro de ~ Pulg Y una presión de 2500 Psi, como no aparece valor 4
alguno en el rectángulo de intercepcion se continua verticalmente hacia abajo en la
misma columna de diámetro interior hasta encontrar la siguiente especificación de
manguera:
Manguera SAE 100 R9. Esta manguera es compatible con el fluido usado y soporta el
rango de temperatura del sistema
15.20.2 Selección De Filtros
FILTRO DE LÍNEA DE ASPIRACIÓN
Model Series
OFPS - 25 - 50M - 10
Con un caudal Q = 25 G.P.M. Y una presión operativa de 5000 Psi
FILTRO EN LA LÍNEA DE RETORNO
OFPS - 25 - - S - 50M - 10
SELECCIÓN DE LA TUBERÍA DE ASPIRACIÓN
Q = 12 Ga~on * 231 pue * (2.54 Cmr * Litro = 45 Litro mm Galon Pulg3 1000 Cm3 Min
La velocidad del fluido recomendada y seleccionada es de 1 ~ . Seg
84
De acuerdo a estos valores vamos al Nomograma IV - 1 Y hallamos el diámetro
interior de la tubería de aspiración siendo el diámetro escogido el de 1.!.. Pulg 4
15.20.3 Selección De Manometros
Model Number
GP - 3000 - 20 (Vickers P K 40)
El rango de presión varia entre O - 3000 Psi.
15.20.4 Calculo Del Deposito
La capacidad del deposito en volumen de aceite es tomado así:
De la tabla ID - 1, Pag 42, Libro de Accionamientos hidráulicos
Q dep = (3 a 5)<Joomba, para instalaciones en servicio continuo con grandes
calentamientos producidos por estrangulamientos ocasionados por descargas
continuas por la válvula de seguridad.
Para una instalación fija el volumen del deposito será:
Q dep = 5 * 12 G.P.M. = 60 G.P.M.
Debe tener una capacidad para 60 Galones.
El material del deposito será de chapas de acero con unidades soldadas siendo el
espesor de la chapa de 3 mm.
El extremó de la tubería de descarga se corta en un ángulo de 45°.
85
Las tuberias de aspiración y descarga se ubican lo mas alejados una de otra. El
extremo de la tubería de aspiración se ubicara a 10 Cm por encima del fondo del
deposito.
El tapón de vaciado se ubicara en el punto mas bajo del deposito y estará provista de
una trampa magnética. El deposito contara con una placa desviadora que se soldara
en el fondo y a ambos lados del deposito.
El deposito debe poseer de un indicador de nivel y temperatura, también en su parte
superior tendrá un tapón de llenado efectuando un filtrado previo al aceite; así mismo
filtra el aire que se renueva en el tanque.
Las condiciones de trabajo serán: instalaciones fijas para trabajos continuos.
Vd = Volumen del deposito.
Cd = Capacidad del deposito
0.15 * Cd = Una vez llenado el deposito a su nivel máximo debe quedar aun en su
parte superior un volumen de aire que sea un 15% aproximadamente del volumen del
deposito.
Vd = Q + 0.15 Cd = 60 + 0.15(60) = 69 G.P.M.~ 15939 Pulg 3.
Sea la longitud L = 2a, Ancha = a, Altura h = a
V= L * a * h = 2a * a * a = 2 a3 = Vd
a = ~Vd = 3 15939 Pulg3
2 2 19.97 Pulg
a ~ 20Pulg
86
15.21 DIMENSIONAMIENTO DE CADA PARTE
Ver planos anexos
15.22 EVALUACIÓN TÉCNICA YECONÓMICA
Se ha logrado un diseño practico, debido al fácil montaje y desmontaje para su
mantenimiento mecánico, además de esto el diseño facilita el cambio de referencia
en cuanto al molde (diferentes medidas de ondulación).
Esta maquina presenta fácil operación, debido a que es accionado hidraulicamente ,
es un sistema que presenta mucha seguridad industrial, ya que su pieza de moldear va
guiada con ejes concéntricos además sostenida con rosca y contratuerca de seguridad
propia del embolo. También es de gran duración porque la fricción es mínima,
solamente hay desgaste a largo plazo, en los bujes guías de desplazamiento de la
masa.
Por todos estos aspectos se puede concluir que es una maquina de diseño económico
y practico, además que la materia prima utilizada en ella es de bajo costo, pudiendo
obtener un producto económico y de buenos resultados.
16 PLANOS GENERALES
16.1 PLANOS DE FABRICACIÓN
Plano No. 1 Estructura.
Plano No. 2 Despiece de Formador.
16.2 PLANOS DE MONTAJE
Plano No. 3 Formador Macho y Hembra.
Plano No. 4 Formadores Antes de Acoplarse.
Plano No. 5 Formadores Acoplados.
16.3 LISTA DE MATERIALES
13 metros de viga en 1 de 6 Pulg * 12 L~ PIe
" " 10 platinas de!. de 2" * 2" Con agujeros centrados de ~ pasantes.
2 8
" 4 platinas de!. de 5" * 3" con 4 agujeros pasantes de !.
2 2
" 20 platinas de!. de 5" * 5" con 4 agujeros pasantes de !.
2 2
20 Varillas de soldadura de 6010 de ! 8
20 Varillas de soldadura de 60 13 de ! 8
" "
87
32 tornillos de acero grado 5 de!. * 1!. rosca ordinaria con tuerca, arandela y 2 2
guasa
88
" 16 tornillos de acero grado 5 de.!. * 2 rosca ordinaria
2
16 Chazos Hilti de .!. 2
10 tomillos de acero grado 5 de ~ 8
" * 2.!. rosca ordinaria
2
4 tornillos de acero grado 2 de 1 * 3 rosca ordinaria
Bloque de acero 4340 para base de troqueles de 1.4 rnts * 1.25 rnts * 0.5 rnts
Bloque de aluminio para la construcción de troqueles de 1.3 rnts * 1.2 rnts * 0.3 rnts
Platina para la construcción del flanche de soporte de ~ * 0.8 rnts * 0.8 rnts 4
Platina para las nervaduras del flanche de .!. 2
Buje en acero 8620 de Día. 4 Pulg * 7 Pulg de largo
Un cilindro de Día. 7 Pulg con un Día. del vástago de 3.5 Pulg
Una válvula direccional F3 - DG554 - 042A - X - T - B - 40
Una válvula de seguridad F3 - CG506 - lA - F - B - 79 de 1500 - 3000 Psi
Un regulador de flujo F3 - FN - 10 - 11
Una regulador de flujo F3 - FN - 10 - 11
Una válvula contrabalanza F3 - RCT - 06 - FPI - 20
Un filtro de aspiración OFPS - 25 - 50M - 10
Un filtro de retomo OFPS - 25 - 5 - 50M - 10
3 10 metros de manguera de - SAE 100 R9
4
Una bomba de 12 G.P.M. Y de 2250 a 2500 Psi.
89
Ulliversidad Aot6nom1 de Occ'''ent, SECCION BIBLIOTECA
90
GLOSARIO
Pulpa: Es el material fibroso preparado y listo para el proceso de preparación de la
pasta, puede ser sin blanquear ó blanqueado, en forma de hojas ó rollos secos de
paquetes húmedos, a granel ó cualquier otra forma apropiada para fines comerciales.
Pulpeo: Es el proceso de rompimiento y desintegración para reducir el material seco
a forma de pulpa, agregando la cantidad suficiente de agua para adaptarlo al proceso
y en liberación de exceso de haces de fibras u otros materiales no desmenuzados
Batido: Es mezclar al mismo tiempo en suspención acuosa los diferentes materiales
y en impartirles mediante una ración mecánica las propiedades que determinan las
características del producto final.
Refinación: Es un proceso mecánico al cual se sujetan las fibras, algunas veces
después del batido ó a veces independiente de él.
En la refinación las fibras se peinan y con frecuencia se reducen de longitud por
corte, con objeto de adaptarlas mejor para la formación sobre la máquina de papel ó
de cartón.
91
Suspensión Fibrosa: Este es un término que se utiliza frecuentemente en lugar de
pulpa ó material intermedio. El término por lo general se restringe al material que ha
sido diluido a la consistencia apropiada y que está en proceso de preparación para la
fabricación de papel.
Lote: Conjunto de material de característica similar que corresponde a las mismas
especificaciones de fabricación.
Unidad: Cada una de los elementos del conjunto que conforman el lote.
Muestra: Numero especificado de unidades representativas del lote seleccionado
según en procedimiento pre-escrito.
Unidad de Prueba: Muestra ó porción de la misma necesaria para obtener un
conjunto de valores de cada una de las propiedades por determinar.
Espécimen: Unidad de prueba ó porción de la misma sobre la cual se efectúa una
determinación individual.
Valor de Cobb: Cantidad de agua que absorbe un metro cuadrado de papel ó cartón
en un tiempo determinado expresado en segundos.
Pasta: Es la mezcla en determinadas proporciones de materiales fibrosos y de otro
tipo, que se están acondicionando ó preparando para la máquina de papel.
92
SISllOGRAFIA
Danilo Ampudia. Accionamientos Hidraulicos. Cali. Univalle Publicaciones. 1980.
Caicedo Jorge. Diseño Mecanico. Cali. Univalle Publicaciones. 1990.
Gere Timoshienko. Resistencia de Materiales. Mexico. Grupo Editorial
Iberoamericana. 1984.
Normas Tappi Del Papel.
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