MX2014000730A - Aparato, sistema y metodo formadores para la fabricacion de papel ahorradores de energia para disminuir la consistencia de la suspension de fibras. - Google Patents

Abstract

La presente invención se dirige a un aparato utilizado en la formación de papel. Más específicamente la presente invención se dirige a un aparato, sistema y método para disminuir la consistencia o grado de densidad de la suspensión de fibras en la mesa de formación, y mejorar la calidad y propiedades físicas del papel formado en la misma.

Description

APARATO, SISTEMA Y MÉTODO FORMADORES PARA LA FABRICACIÓN DE PAPEL AHORRADORES DE ENERGÍA PARA DISMINUIR LA CONSISTENCIA DE LA SUSPENSIÓN DE FIBRAS REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reivindica prioridad para la Solicitud Provisional de Patente de E.U. Serie No.61/510,378 presentada el 21 de julio de 2011, que se incorpora mediante la referencia en la presente.

La presente solicitud se refiere a la Solicitud de Patente de E.U. Serie No. 13/020,462 presentada el 3 de febrero de 2011, ahora Patente de E.U. No. 8,163,136 concedida el 24 de abril de 2012, la cual reivindica prioridad para la Solicitud Provisional de Patente de E.U. Serie No. 61/423,977 presentada el 16 de diciembre de 2010, cuya totalidad de cada una se incorpora en la presente mediante la referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a un aparato utilizado en la formación del papel. Más específicamente la presente invención se dirige a un aparato, sistema y método para disminuir la consistencia o el grado de densidad de la suspensión fibras sobre la mesa de formación, y para mejorar la calidad y las propiedades físicas del papel formado sobre la misma.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En general, es muy conocido en la industria de la fabricación de papel que el drenaje apropiado del liquido de la pasta papelera sobre una tela de formación es una importante etapa para asegurar un producto de calidad. Esta se realiza mediante el uso de cuchillas o láminas de drenaje comúnmente ubicadas en el extremo húmedo de la máquina, e.g., una máquina para fabricación de papel Fourdrinier. (Nótese que el término cuchilla de drenaje, como se utiliza en la presente, pretende incluir cuchillas o láminas que ocasionan el drenaje o la actividad de de la pasta papelera, o ambos). Actualmente se encuentra disponible una amplia variedad de diseños diferentes para estas cuchillas. Típicamente, estas cuchillas proporcionan una superficie de carga o soporte para la tela metálica o tela de formación con una porción posterior para desecación, que se desvía de la tela metálica. Esto crea una abertura entre la superficie de la cuchilla y la tela, que ocasiona un vacío entre la cuchilla y la tela. Esto no solamente drena el agua de la tela sino también puede dar como resultado el descenso de la tela por succión. Sin embargo, cuando el vacío colapsa, la tela regresa a su posición original, lo cual puede dar como resultado un impulso a través de la pasta papelera, que puede ser deseable para la distribución de la pasta papelera. La actividad (ocasionada por la deflexión de la tela metálica) y la cantidad del agua drenada de la hoja se relacionan directamente al vacio generado por la cuchilla. El drenaje y la actividad por medio de tales cuchillas pueden aumentarse colocando la cuchilla o cuchillas en una cámara de vacio. La relación directa entre el drenaje y la actividad no es deseable debido a que, aunque la actividad es siempre deseable, demasiado drenaje prematuramente en el proceso de formación de la hoja puede tener efectos adversos en la retención de las fibras y el relleno. Un drenaje rápido también puede ocasionar el sellado de la hoja, dificultando más el subsecuente retiro del agua. La teenología existente fuerza al productor de papel a comprometer la actividad deseada a fin de retardar un drenaje prematuro.

El drenaje puede lograrse por medio de una transferencia de líquido a líquido tal como la mostrada en la Patente de E.U. No.3,823,062 para Ward, la cual se incorpora en la presente mediante la referencia. Esta referencia muestra el retiro del líquido mediante impactos de presión repentinos a la pasta papelera. La referencia afirma que el drenaje controlado de líquido a líquido del agua de la suspensión es menos violento que el drenaje convencional.

Se muestra un tipo de drenaje similar en la Patente de E.U. No. 5,242,547 para Corbellini. Esta patente muestra la prevención de la formación de un menisco (interrelación de aire/agua) sobre la superficie de la tela de formación opuesto a la hoja que va a drenarse. Esta referencia logra esto inundando la estructura de caja de vacío que contiene la(s) cuchilla(s) y ajustando la extracción del líquido mediante un mecanismo de control. Éste se refiere como "drenaje sumergido". Se dice que se presenta una desecación mejorada mediante el uso de presión sub-atmosférica en la caja de succión.

Además del drenaje, las cuchillas se construyen con el propósito de crear actividad en la suspensión a fin de proporcionar una distribución deseable de la pasta papelera. Tal cuchilla se muestra, por ejemplo, en la Patente de E.U. No. 4,789,433 para Fuchs. Esta referencia muestra el uso de una cuchilla en forma ondulada (teniendo preferentemente una superficie de desecación áspera) para crear micro-turbulencia en la suspensión fibras.

Otros tipos de cuchillas desean evitar la turbulencia, pero aún afectan el drenaje, tal como las descritas, por ejemplo, en la Patente de E.U. No.4,687,549 para Kallmes. Esta referencia muestra el rellenado de la abertura entre la cuchilla y la malla, y afirma que la ausencia de aire previene la expansión y la 'cavitación' del agua en la abertura y elimina sustancialmente cualquier impulso de presión. Pueden encontrarse numerosas cuchillas y otras disposiciones en la siguiente téenica anterior: Patentes de E.U. N Nooss.. 5 5,,995511,,882233;; 5,393,382; 5,089,090; 4,838,996; 5,011,577; 4,123,322; 3,874,998; 4,909,906; 3,598,694; 4,459,176; 4,544,449; 4,425,189; 5,437,769; 3,922,190; 5,389,207; 3,870,597; 5,387,320; 3,738,911; 5,169,500 y 5,830,322, las cuales se incorporan en la presente mediante la referencia.

Tradicionalmente, las máquinas para fabricación de papel de alta y baja velocidad producen diferentes grados de papel con un amplio rango de pesos base. La formación de hoja es un proceso hidromecánico y el movimiento de las fibras sigue el movimiento del fluido debido a que la fuerza inercial de una fibra individual es pequeña en comparación con el descenso viscoso en el liquido. Los elementos de formación y drenaje afectan tres procesos hidrodinámicos principales que son el drenaje, la actividad de la pasta papelera y el corte orientado. El liquido es una sustancia que responde de acuerdo con las fuerzas de corte que actúan en o sobre la misma. El drenaje es el flujo a través de la tela metálica o la tela y se caracteriza por una velocidad de flujo comúnmente dependiente del tiempo. La actividad de la pasta papelera, en un sentido idealizado, es la fluctuación aleatoria en la velocidad de flujo en la suspensión fibras no drenada y generalmente aparece debido a un cambio en el impulso en el flujo debido a la deflexión de la tela de formación en respuesta a las fuerzas de drenaje o siendo causada por la configuración de la cuchilla. El efecto predominante de la actividad de la pasta papelera es el rompimiento de las redes y la movilización de las fibras en suspensión. El corte orientado y la actividad de la pasta papelera son ambos procesos que producen corte que solamente difieren en su grado de orientación en una escala bastante grande, i.e., una escala grande en comparación con el tamaño de las fibras individuales.

El corte orientado es un flujo de corte que tiene un patrón distinto y reconocible en la suspensión fibras no drenada. El corte orientado en dirección transversal ("CD") mejora tanto la formación como la prueba de la hoja. El mecanismo primario para el corte en CD (en máquinas para fabricación de papel que no se agitan) es la creación, el colapso y la subsecuente recreación de rugosidades bien definidas en la dirección de la máquina ("MD") en la pasta papelera de la tela. La fuente de estas rugosidades puede ser el rodillo rectificador de la caja de alimentación, el borde de pala de la caja de alimentación (ver, e.g., la Solicitud Internacional PCT 095/30048 publicada el 9 de noviembre de 1995) o un baño de formación. Las rugosidades colapsan y se reforman en intervalos constantes, dependiendo de la velocidad de la máquina y de la masa sobre la tela de formación. Esto se refiere como inversión de corte en CD. El número de inversiones y en consecuencia el efecto del corte en CD se maximiza si la mezcla de fibra/agua mantiene el máximo de su energía cinética original y se somete a impulsos de drenaje localizados (en la MD) directamente bajo los puntos naturales de inversión.

En cualquier sistema de formación, todos estos procesos hidrodinámicos pueden presentarse simultáneamente. Éstos generalmente no se encuentran uniformemente distribuidos en tiempo y espacio, y no son totalmente independientes uno del otro; interactúan. De hecho, cada uno de estos procesos contribuye en más de una forma al sistema completo. Por tanto, aunque la téenica anterior antes mencionada puede contribuir a algún aspecto de los procesos hidrodinámicos antes mencionados, ésta no coordina todos los procesos de manera relativamente simple y efectiva.

La actividad de la pasta papelera en la parte anterior de una mesa Fourdrinier como se mencionó anteriormente es crítica para la producción de una buena hoja de papel. Generalmente, la actividad de la pasta papelera puede definirse como la turbulencia en la mezcla de fibra-agua sobre la tela de formación. Esta turbulencia tiene lugar en todas las tres dimensiones. La actividad de la pasta papelera juega una parte principal en el desarrollo de una buena formación impidiendo la estratificación de la hoja a medida que ésta se forma, al romper los grupos de fibras, y al ocasionar que la orientación de la fibra sea aleatoria.

Típicamente, la calidad de la actividad de la pasta papelera es inversamente proporcional al retiro del agua de la hoja; es decir, la actividad aumenta típicamente si la tasa de desecación se retrasa o se controla. A medida que se retira el agua, la actividad se dificulta debido a que la hoja se endurece, y escasea el agua, que es el medio principal en el cual tiene lugar la actividad. Una buena operación de la máquina para fabricar papel es por tanto un balance entre la actividad, el drenaje y el efecto de corte.

La capacidad de cada máquina de formación se determina por los elementos de formación que componen la mesa. Después del tablero de formación, los elementos siguientes tienen que drenar el agua restante sin destruir la almohadilla ya formada. El propósito de estos elementos es mejorar el trabajo hecho por los elementos de formación previos.

A medida que se incrementar el peso base, el grosor de la almohadilla se incrementa. Con los elementos de formación/de drenaje actuales no es posible mantener un impulso hidráulico controlado suficientemente fuerte para producir los procesos hidrodinámicos necesarios para producir una hoja de papel bien formada.

Un ejemplo de los medios convencionales para reintroducir el agua del drenaje en la pasta papelera de fibra a fin de promover la actividad y el drenaje puede observarse en las Figuras 1 a 4.

Un rodillo de mesa 100 en la Figura 1 ocasiona la aplicación de un gran impulso de presión positiva a la hoja o a la pasta papelera de fibra 96, que resulta de que el agua 94 bajo la tela de formación 98 se fuerza hacia el punto de presión entrante formado por el rodillo de entrada 92 y la tela de formación 98. La cantidad de agua reintroducida se limita al agua adherida a la superficie del rodillo 92. El impulso positivo tiene buen efecto en la actividad de la pasta papelera; ocasiona un flujo perpendicular a la superficie de la hoja. De manera similar, en el lado de salida del rodillo 90, se generan grandes presiones negativas, que motivan en gran medida el drenaje y el retiro de finos. Pero la reducción de la consistencia en la almohadilla no es notoria, de manera que hay poco mejoramiento mediante el incremento en la actividad. Los rodillos de la mesa generalmente se limitan a máquinas relativamente más lentas debido a que el impulso positivo deseable transmitido a las hojas de peso base pesado a velocidades especificas se convierte en un impulso positivo indeseable que rompe las hojas de peso base más ligero a velocidades más rápidas.

Las Figuras 2 a 4 exhiben cajas de bajo vacio 84 con diferentes disposiciones de cuchilla. También se utiliza una lámina de gravedad en cajas de bajo vacio. Estas unidades de bajo vacio aumentado 84 proporcionan al fabricante de papel una herramienta que afecta significativamente el proceso controlando el vacio aplicado y las características del impulso. Ejemplos de configuraciones de caja de cuchillas incluyen: cuchillas escalonadas 82 como se exhibe en las Figuras 2 y 3; y cuchillas escalonadas de impulso positivo 78, como se exhibe en la Figura 4, por ejemplo.

Tradicionalmente la caja de cuchillas de lámina, la caja de cuchillas planas desplazadas y la caja de cuchillas escalonadas se utilizan mayormente en el proceso de formación.

En uso, una caja de cuchillas de lámina de vacío aumentado generará vacío como lo hace la lámina de gravedad, el agua se retira continuamente sin control y el proceso de drenaje predominante es la filtración. Típicamente, no existe re-fluidización de la almohadilla que ya se ha formado.

En una caja de cuchillas planas de vacío aumentado, se genera un impulso ligeramente positivo sobre la superficie de contacto de la cuchilla/tela metálica y la presión ejercida sobre la almohadilla de fibra se debe solamente al nivel de vacío mantenido en la caja.

En una caja de cuchillas escalonadas de vacío aumentado, como se muestra en la Figura 2, por ejemplo, se genera una variedad de perfiles de presión dependiendo de factores tales como, la longitud del intervalo, el espacio entre las cuchillas, la velocidad de la máquina, la profundidad del intervalo, y el vacio aplicado. La cuchilla escalonada genera un vacio pico en relación al cuadrado de la velocidad de la máquina en la parte anticipada de la cuchilla, esta presión negativa pico ocasiona que el agua se drene y al mismo tiempo que la tela metálica se desvíe hacia la dirección del intervalo, que parte del agua ya drenada se fuerce a regresar hacia la almohadilla re-fluidizando las fibras y que se rompan los grupos debido a las fuerzas de corte resultantes. Si el vacío aplicado es más alto que el necesario, la tela metálica se fuerza a ponerse en contacto con el intervalo de la cuchilla, como se exhibe en la Figura 2. Después de algún tiempo de operación en tal condición, la lámina acumula el polvo 76 en el intervalo, soltando el impulso hidráulico que se reduce al mínimo, como se exhibe en la Figura 3, y evita la reintroducción del agua hacia la almohadill .

La caja de bajo vacío de cuchilla escalonada de impulso positivo de vacío aumentado, como se exhibe en la Figura 4, fluidiza la hoja haciendo que cada cuchilla reintroduzca parte del agua retirada por medio de la cuchilla precedente de nuevo hacia la almohadilla. Sin embargo, no existe un control en la cantidad del agua reintroducida hacia la hoja.

En la cuchilla de impulso positivo, a medida que se drena el agua a través de la tela, un punto de presión convergente producido por el ángulo de avance de la cuchilla y la tela fuerza el agua de nuevo hacia la hoja. Esto produce una fuerza de corte capaz de romper la almohadilla de fibra y penetrar a través de la mezcla de la pasta papelera, la re-fluidización de la mezcla es mínima, como se exhibe en la Figura 5, por ejemplo.

Un tipo especial de cuchilla doble positiva incorpora un punto de presión entrante positiva para generar un impulso de presión positivo y negativo. Esta cuchilla reintroduce el agua hacia la almohadilla de fibra con el borde delantero, el agua reintroducida se limita a la cantidad adherida al fondo de la tela de formación. Este tipo de cuchilla crea impulsos de presión más que reducción de la consistencia. Este tipo de cuchilla simula un rodillo de mesa, como se exhibe en la Figura 6, por ejemplo.

La Patente de E.U. No. 5,830,322 para Cabrera et al., presentada en febrero de 1998, titulada "Velocity induced drainage method and unit" (Método y unidad de drenaje inducido por velocidad) describe un medio alternativo para crear actividad y drenaje. El aparato descrito en la presente separa la actividad y el drenaje y por tanto presenta un medio para controlarlos y optimizarlos. Éste utiliza una cuchilla larga con una superficie controlada, probablemente no plana o parcialmente no plana para inducir una actividad inicial en la hoja, y limita el flujo tras la cuchilla mediante la colocación de una cuchilla posterior para controlar el drenaje. La patente '322 describe que el drenaje mejora si el área entre la cuchilla larga y la tela de formación se inunda y se mantiene la tensión de superficie entre el agua sobre y bajo la tela. La invención descrita en la presente se exhibe esquemáticamente en la Figura 7, por ejemplo.

Sin embargo, con la patente '322 solo existe una forma de reintroducir una cantidad mínima de agua a la suspensión fibras. Esto ocurre en la "zona de contraflujo" y existe debido a que el fluido incompresible sigue la parte superior no plana de la cuchilla larga y por tanto se bombea a través de la tela de formación. La consistencia que alcanza el borde delantero de la unidad que induce la velocidad no cambia a lo largo de la misma cuchilla. La consistencia de la pasta papelera se incrementará cuando la pasta papelera alcance la cuchilla posterior, debido al agua drenada en la ranura, si la unidad que induce la velocidad se diseña con múltiples cuchillas largas y la consistencia se incrementa constantemente a lo largo de la unidad que induce la velocidad.

Aunque algunas de las referencias anteriores tienen ciertas ventajas relacionadas, siempre son deseables mejoras y/o formas alternativas adicionales.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La dilución de la pasta papelera en la sección de formación de la máquina para fabricación de papel es critica para la producción de una buena hoja de papel. Generalmente, la dilución de la pasta papelera se logra en el sistema de ciclo corto de la sección de formación de la máquina incrementando la recirculación del agua blanca.

La dilución de la pasta papelera sobre la mesa de formación juega una parte importante en el desarrollo de una buena formación, facilita la realización de los tres procesos hidrodinámicos necesarios para producir una hoja de papel bien formada, permitiendo que la orientación de la fibra sea aleatoria.

La mayoría de las máquinas para fabricación de papel se han acelerado a fin de incrementar la producción y tienen consistencias más bajas para una mejor calidad del papel y tienen aún el mismo tamiz de la máquina, la misma tubería y la misma caja de alimentación para suministrar el agua y la pasta papelera a la mesa de formación. Las mesas de formación se han reelaborado a fin de cuidar el flujo excesivo.

Pongamos como ejemplo una máquina para fabricación de papel originalmente diseñada con una caja de alimentación de 200 pulgadas de ancho, a una velocidad de 800 pies por minuto con una consistencia de caja de alimentación de 0.65%, que fabrica papel de 54 gramos por metro cuadrado y con una retención de 70%; el flujo de salida calculado de la caja de alimentación será de aproximadamente 3927 galones por minuto. Sin embargo, al paso de los años la máguina ha incrementado su velocidad 1.75 veces y la consistencia de la caja de alimentación ha disminuido para una mejor calidad a 0.38%, la retención ha caldo a 65%; el flujo de salida de la caja de alimentación es ahora de aproximadamente 12660 galones por minuto. El flujo se ha incrementado 3.22 veces como resultado de que todas las velocidades internas en el sistema completo se han más que triplicado, lo cual puede tener resultados dañinos.

En consecuencia, cuando se opera a bajas consistencias o cuando la máquina para fabricación de papel se acelera, es necesario incrementar el número de elementos de drenaje, debido al incremento en el flujo de salida de la caja de alimentación. En algunos casos también es necesario incrementar la longitud de la mesa a fin de hacer espacio para la instalación de equipo adicional de drenaje o para instalar nuevo equipo de drenaje auxiliado por vacio.

Sin embargo, debido a la presente invención, no es necesario incrementar la longitud de la mesa o instalar nuevo equipo de drenaje asistido por vacio. Adicionalmente, existe una considerable reducción del consumo de energía sobre la mesa de formación.

Por consiguiente, un objetivo de la presente invención es proporcionar una máquina para mantener los procesos hidrodinámicos sobre la mesa de formación independientemente de cuál sea la velocidad de la máquina.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar una máquina utilizable con un tablero de formación y/o una máquina de drenaje inducida por velocidad.

Un objetivo adicional de la presente invención es que la eficiencia de la máquina no sea afectada por la velocidad de la máquina, el peso base de la hoja de papel y/o el grosor de la almohadilla.

La presente invención describe una máquina que reciela el agua por sí misma a fin de diluir la suspensión fibras sobre la mesa a los niveles deseados después de la caja de alimentación; la tasa de dilución de la presente invención puede ser cualquiera entre 0% y 100%; la operación realizada por la máquina en la presente invención no se afecta por el grado de refinación, la velocidad de la máquina, el peso base de la hoja de papel o el grosor de la almohadilla. Después de haberse formado la hoja mediante la presente invención, el drenaje y la consolidación de la hoja se realizan por medio del equipo a continuación.

Pueden agregarse a la suspensión fibras químicos para fabricación de papel como se conocen por los de experiencia ordinaria en la téenica a fin de aumentar la resistencia del papel y la productividad de la máquina. Todos los químicos para papel se agregan antes o después de la mesa de formación.

Una modalidad ejemplar de la presente invención es un aparato para disminuir la consistencia o el grado de densidad de la fibra contenida en una suspensión líquida sobre la mesa de formación de una máquina para fabricación de papel, comprendiendo el aparato al menos un conducto para agregar los químicos para fabricación de papel en un flujo de liquido para formar un flujo mezclado, una tela de formación sobre la cual se transporta la mezcla de fibras, teniendo la tela de formación una superficie exterior y una superficie interior, y una cuchilla primaria que tiene una superficie de soporte de borde delantero que se encuentra en contacto deslizante con la superficie interior de la tela de formación, una placa central que comprende al menos una porción de la sección de auto-dilución, corte, microactividad o drenaje de la mesa de formación, en donde la placa central se separa de la placa inferior por una distancia predeterminada para formar un canal para la recirculación de al menos una porción del líquido. La máquina para fabricación de papel está configurada de tal manera que reutiliza el flujo mezclado que incluye el líquido drenado al menos en una parte del proceso de formación.

Otra modalidad ejemplar de la presente invención es un sistema para disminuir la consistencia o el grado de densidad de la fibra contenida en una suspensión liquida sobre una mesa de formación de una máquina para fabricación de papel, comprendiendo el sistema un aparato que comprende al menos un conducto para agregar los químicos para fabricación de papel en un flujo de liquido para formar un flujo mezclado, una tela de formación sobre la cual se transporta una mezcla de fibras, teniendo la tela de formación una superficie exterior y una superficie interior, una cuchilla primaria que tiene una superficie de soporte de borde delantero que se encuentra en contacto deslizante con la superficie interior de la tela de formación, una placa central que comprende al menos una porción de la sección de auto-dilución, corte, microactividad o drenaje de la mesa de formación, en donde la placa central se separa de la placa inferior por una distancia predeterminada para formar un canal para la recirculación de al menos una porción del liquido. La máquina para fabricación de papel está configurada de tal manera que puede reutilizar el flujo mezclado que incluye el liquido drenado al menos en una parte del proceso de formación.

Otra modalidad ejemplar de la presente invención es un método para disminuir la consistencia o el grado de densidad de la suspensión fibras sobre una mesa de formación de una máquina para fabricación de papel, comprendiendo el método las etapas de proporcionar una tela de formación sobre la cual se transporta una mezcla de fibras, teniendo la tela de formación una superficie exterior y una superficie interior, proporcionar una cuchilla primaria que tiene una superficie de soporte de borde delantero que se encuentra en contacto deslizante con la superficie interior de la tela de formación, y proporcionar una placa central que comprende al menos una porción de la sección de auto-dilución, corte, microactividad o drenaje de la mesa de formación, en donde la placa central se separa de la placa inferior de la mesa de formación por una distancia predeterminada para formar un canal para la recirculación de al menos una porción del liquido.

Las diversas características novedosas que caracterizan la invención se indican particularmente en la siguiente descripción de las modalidades preferidas. Para un mejor entendimiento de la invención, sus ventajas operativas y objetivos específicos relacionados con sus usos, se hace referencia a los dibujos anexos y a la materia descriptiva en la cual se ilustran las modalidades preferidas de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La siguiente descripción detallada, proporcionada a modo de ejemplo y sin pretender limitar la presente invención únicamente a la misma, se apreciará mejor en conjunción con los dibujos anexos, en donde números de referencia similares denotan elementos y partes similares, en los cuales.

La Figura 1 representa un rodillo de mesa conocido; La Figura 2 representa una caja de bajo vacio conocida con cuchillas escalonadas; La Figura 3 representa una caja de bajo vacio conocida, y una cuchilla escalonada con acumulación de polvo; La Figura 4 representa una caja de bajo vacio de cuchilla de impulso positivo conocida; La Figura 5 representa una cuchilla de impulso positivo conocida; La Figura 6 representa una cuchilla doble de impulso positivo conocida; La Figura 7 representa una unidad de drenaje inducida por velocidad conocida; La Figura 8 representa un sistema de recirculación de agua en una máquina para fabricación de papel; La Figura 9 representa el flujo de la caja de alimentación descargado en la parte superior de una tela metálica de formación; La Figura 10 representa el balance de masa a una consistencia de 0.8% fuera de la caja de alimentación; La Figura 11 representa el balance de masa a una consistencia del 0.5% fuera de la caja de alimentación; La Figura 12 representa el balance de masa de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 13 representa la nueva invención de formación; La Figura 13A representa la nueva invención de formación exhibiendo la inyección de químicos; La Figura 13B representa la nueva invención de formación, y detalles de la inyección de químicos; La Figura 14 representa otro aspecto de la nueva invención de formación con diferente cuchilla de entrada 42; La Figura 15 representa otro aspecto de la nueva invención de formación con diferente cuchilla de entrada 44; La Figura 16 representa otro aspecto de la nueva invención de formación sin cuchilla de soporte; La Figura 17 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, con la sección de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje con punto pivotal; La Figura 18 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, con la sección de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje con punto pivotal, cambiando el ángulo de la sección de drenaje; La Figura 19 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, con detalles del desempeño hidráulico en la sección de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje con múltiples secciones convergentes y divergentes; La Figura 20 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, que detalla la geometría de una sección larga de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje con múltiples secciones convergentes y divergentes; La Figura 21 es un diagrama de flujo que representa la ubicación de la nueva invención 75 en el extremo húmedo de una máquina para fabricación de papel con la nueva invención como se describe en la Figura 13; La Figura 22 es un diagrama de flujo que representa la ubicación en detalle de la nueva invención 75 en el extremo húmedo de una máquina para fabricación de papel como se describe en la Figura 13; La Figura 23 es un diagrama de flujo que representa la ubicación de la nueva invención 76 en el extremo húmedo de una máquina para fabricación de papel con la nueva invención como se describe en la Figura 20; La Figura 24 es un diagrama de flujo que representa la ubicación en detalle de la nueva invención 76 en el extremo húmedo de una máquina para fabricación de papel, como se describe en la Figura 20; La Figura 25 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, que detalla la geometría de cuchilla de las secciones largas de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje con la misma distancia entre la tela de formación y la superficie de la placa central 48 con múltiples soportes de la tela de formación; La Figura 26 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, que detalla la geometría de placa central con múltiples secciones de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje que incrementan la distancia entre la tela de formación y la superficie de la placa central 49 con múltiples soportes de la tela de formación; La Figura 27 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, que detalla la placa central con múltiples secciones de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje con superficies en plano desplazado entre la tela de formación y la superficie de la placa central con múltiples soportes de la tela de formación; La Figura 28 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, que detalla la geometría de la sección en plano desplazado sobre las secciones de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje; La Figura 29 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, con detalles de la vista geométrica de la sección larga de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje con punto pivotal en la sección de drenaje; La Figura 30 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, con explicación detallada de la hidráulica en la sección de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje incluyendo la explicación de las lineas de flujo; La Figura 31 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, con explicación detallada de la hidráulica en la sección de auto-dilución, corte, microactividad y drenaje incluyendo la explicación de las lineas de flujo con dos soportes de cuchilla a fin de reducir la deflexión de la tela metálica; La Figura 32 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, con explicación detallada de la hidráulica en la sección de auto-dilución y corte; La Figura 33 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, que muestra la geometría detallada de un sistema para sujetar la placa central; La Figura 34 representa otro aspecto de la nueva invención de formación, que muestra detalles geométricos de otro sistema para sujetar la placa central; La Figura 35 representa detalles geométricos de la barra en T utilizada para sujetar la placa central 35 y/o cualquier cuchilla; La Figura 36 representa el desempeño hidráulico en la zona de auto-dilución y corte 54 de la nueva invención; La Figura 37 representa el desempeño hidráulico en la zona de microactividad de baja consistencia 55 de la nueva invención ; La Figura 38 representa el desempeño hidráulico en la zona de drenaje 56 de la nueva invención; La Figura 39 representa otro diseño del desempeño hidráulico en la zona de drenaje 56 de la nueva invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRESENTE INVENCIÓN Todos los dispositivos ya descritos como parte de la téenica anterior son parte de o forman la zona de drenaje por gravedad y dinámica o zona de formación de hoja 4 exhibida en la Figura 8.

En la Figura 8 se exhibe un sistema capaz de reducir la consistencia a cualquier nivel sobre la mesa de formación. La pasta papelera 20 gruesa, que tiene frecuentemente una consistencia de aproximadamente 1 a 5% diluida con agua blanca 17 en la entrada 33 de la bomba de ventilador 24; la cantidad necesaria de pasta papelera gruesa se controla mediante la válvula 21. La bomba de ventilador 24 impulsa la mezcla diluida del suministro para fabricación de papel hacia el sistema de limpieza 27 que retira todo el polvo y objetos no deseables 28, y la pasta papelera limpia se envía a la caja de alimentación de la máquina para fabricación de papel. La consistencia del suministro de pasta papelera gruesa que sale del sistema de limpieza 27 y 32 se encuentra típicamente entre 0.1% y 1% de sólidos.

La bomba de ventilador 24 y el sistema de limpieza 27 y 32 se localizan típicamente en el basamento bajo la sección de formación de la máquina para fabricación de papel. La pasta papelera se suministra desde la caja de alimentación 1 sobre la tela metálica Fourdrinier 11 a través de una pala 2. El flujo total descargado sobre la tela metálica de formación 11 por el borde de pala 2 de la caja de alimentación 1, se controla cambiando las revoluciones de la bomba de ventilador 24 y ajustando las válvulas 23 y 22, cuando es necesario más flujo la bomba de ventilador 24 incrementa las revoluciones y la válvula 23 incrementa la abertura, la válvula 22 se ajusta para regular el flujo requerido. En algunas instalaciones la bomba de ventilador 24 tiene un motor de velocidad constante a fin de incrementar o disminuir el flujo fuera de la bomba; en este caso es necesario ajustar las válvulas 23 y 22.

La hoja húmeda 10 se forma realmente sobre la mesa Fourdrinier que consiste esencialmente de una banda sinfín de malla de formación 11 soportada en las zonas 4, 5 y 6 mediante dispositivos de formación y drenaje que conforman el extremo húmedo de la máquina para fabricación de papel.

Cercana a la caja de alimentación, la malla de formación se soporta por el rodillo de costado 3, seguido por los dispositivos de formación y drenaje en las zonas 4,5. La malla de formación sinfín se mueve sobre varias cajas de succión en la zona 6 antes de regresar sobre un rodillo con capa de succión 7 y un rodillo de mando 9.

El agua es cuantitativamente la materia prima más importante de la fabricación de papel. Antes de descargar la pasta papelera sobre la malla de formación 11 de la mesa de formación, ésta está muy diluida; su contenido de fibra es probablemente tan bajo como 0.1%. Desde este punto en adelante, el retiro del agua se convierte en una de las funciones más decisivas de la máguina. La pasta papelera fuera de la caja de alimentación 1 contiene otros sólidos además de las fibras, debido a los cuales tiene aproximadamente 0.5 por ciento de consistencia; y la almohadilla de fibra 10 fuera del rodillo con capa de succión 7 tiene entre 23 y 25 por ciento de consistencia.

Sin embargo, a fin de reducir la viscosidad del agua y drenar el agua apropiadamente, es necesario calentar la mezcla de fibras en el rango de 135 a 140 grados Fahrenheit. Durante este proceso, es normal tener pérdidas de calor en el rango de 5 a 10 grados Fahrenheit.

Ahora con referencia a la Figura 9, el flujo de fibra 1A que tiene una consistencia entre 0.1% y 1% se descarga fuera de la caja de alimentación 1 a través del borde de pala 2 de la caja de alimentación sobre una malla de formación 11 en movimiento. La proporción de velocidad de descarga (la velocidad de flujo dividida entre la velocidad de la malla) entre el flujo de fibra 1A y la malla de formación 11 se encuentra normalmente en el rango de 0.6 a 1.3. Sin embargo, estas máquinas pueden operar a velocidades mayores que 3,000 pies por minuto.

La mesa de formación de la máquina para fabricación de papel, que se representa en la Figura 10 en detalle, se compone de tres secciones principales, como sigue: A. La zona de drenaje por gravedad y dinámica 4, en donde se presenta la formación de la hoja. Al principio de la zona de formación 4 la consistencia de la fibra se encuentra en el rango de 0.1 y 1.0%, y en este punto las fibras tienen un alto grado de libertad y aquí es donde puede mejorarse la formación mejorando los tres procesos hidrodinámicos necesarios para formar una hoja de papel. En la salida de la zona de drenaje por gravedad y dinámica 4 la consistencia se encuentra en el rango de 1.5 a 2.0% y después de esta zona, la formación puede mejorarse justo al mínimo.

B. La zona de vacío baja y media 5 - En esta zona con el uso de cajas de bajo vacío, se aplica una pequeña cantidad de vacío, el vacío se encuentra en el rango de 2 a 60 pulgadas de agua, y la consistencia en la zona de salida 5 se encuentra en el rango de 6 a 8%.

El agua drenada por las zonas 4 y 5 se recolecta en receptáculos 25 bajo los dispositivos de formación y drenaje, y el agua se dirige hacia un tanque de almacenamiento 18 por medio de los canales 26 para su reutilización en la dilución de la pasta papelera en el sistema de ciclo cerrado de extremo húmedo como se muestra, por ejemplo, en la Figura 8.

C. La zona de drenaje de alto vacio 6, aquí es donde se presenta la consolidación de la hoja, el agua se retira utilizando cajas de alto vacio; el vacio aplicado se encuentra en el rango de 2 a 16 pulgadas de mercurio. Al final de la sección de tela metálica el rodillo con capa de succión 7 retira el agua con un vacio más alto (de 20 a 22 pulgadas de mercurio) auxiliado por un rodillo de presión 8. El agua 12 drenada en la zona 6 se recolecta en un tanque sellado 13, la bomba 14 envía parte del agua para el control de nivel 15 al tanque 18, el exceso de agua 16 se envía al sistema de preparación de la pasta papelera en conjunción con el agua sobrante 19 desde el tanque de almacenamiento de agua 18.

Después de que la almohadilla de fibra se consolida en la zona de drenaje a alto vacío 6 y se presiona por medio del rodillo con capa de succión de succión 7 y el igualador de masa 8, la hoja 10 abandona la mesa de formación a consistencias entre 23 y 27%.

Como se mencionó anteriormente, el sistema de ciclo corto en el extremo húmedo de la máquina para fabricar papel es el único sistema que puede disminuir o incrementar la consistencia en la descarga de la caja de alimentación 1.

Como ejemplo, se presentan los balances de masa, uno en la Figura 10 que exhibe el balance de masa a una consistencia de 0.8% fuera de la caja de alimentación y otro en la Figura 11 que exhibe el balance de masa a una consistencia de 0.5% fuera de la caja de alimentación.

Es importante anotar que en ambos balances de masa los siguientes parámetros de operación son exactamente los mismos: Recirculación en la caja de alimentación 5.0% Primeros rechazos por peso del sistema de limpieza 2.0% Factor de engrosamiento de los primeros rechazos 1.4 Segundos rechazos por peso del sistema de limpieza 10.0% Factor de engrosamiento de los segundos rechazos 4 Velocidad de la máquina 2000 pies por minuto Ancho de la caja de alimentación 200 pulgadas Peso base del papel 26 libras/1000 pies cuadrados Producción de papel a 10 fuera de la mesa de formación 624.0 toneladas cortas por dia Como resultado la producción 10 fuera de la mesa de formación es exactamente la misma en ambos balances como sigue: Toneladas cortas de sólidos de hoja por dia 624 Consistencia de la hoja % 23 Galones por minuto 453 La formación de la hoja es mejor cuando la consistencia fuera de la caja de alimentación se encuentra a 0.5% y 0.8%, y el desempeño del equipo es completamente diferente en ambos casos. La diferencia principal en estos dos balances se encuentra dentro del sistema de ciclo corto como sigue ; Balance de masa a 0.8% de Balance de masa a 0.5% de Incremento en el manejo de consistencia fuera de la caja de consistencia fuera de la caja de flujo de masa debido a la alimentación alimentación reducción en la consistenda de 0.8 a 0.5% en la caja de alimentación 1 Descarga de la caja de alimentación 764.2 0.80 15.953 942.9 0.50 31.492 178.6 15.539 Agua drenada en la zona 4 89.3 0.16 9.323 268.0 0.18 24.862 178.6 15.539 Agua de dilución para la bomba de ventilador 24 117.9 0.16 12.578 294.7 0.18 28.111 176.8 13.533 Flujo de entrada hada el tamiz 27 820.9 0.80 17.038 1012.8 0.50 33.633 191.9 16.595 Flujo de entrada hacia la caja de alimentación 1 804.4 0.80 16.793 992.5 0.50 33.149 188.1 16.357 STPD toneladas cortas por dia GPM galones por minuto consistencia Al disminuir la consistencia de 08% a 0.5%, el flujo hidráulico se ha incrementado por 15,913 GPM como promedio, y los sólidos se incrementan por 183 STPD como promedio. A fin de mover el flujo adicional es necesario incrementar la energía de los motores de la bomba de ventilador 24 y los tamices 27 y 32, y en muchos casos es necesario cambiar el equipo.

Debido al flujo excesivo cuando se opera a una baja consistencia de 0.5%, se necesitan más químicos; el drenaje en las zonas 4 y 5 se dificulta más. El desempeño de la caja de alimentación se deteriora si existe demasiada turbulencia debido a un flujo excesivo; se crean corrientes transversales que conducen a un suministro no uniforme de la pasta papelera a la zona de formación de la hoja. Una caja de alimentación que no funcione apropiadamente puede ocasionar muchos defectos en la hoja terminada. El peor de estos es la deficiente formación que resulta cuando las fibras no se dispersan de igual manera o uniformemente.

Al operar a una consistencia de 0.8% en lugar de 0.5%, existe una reducción considerable en el flujo hacia la caja de alimentación; aproximadamente por 15,913 GPM. Como resultado se necesita menos corriente necesaria para mantener la mezcla a su temperatura de operación, lo cual significa una reducción de 807,946 Btu/minuto para una caída de 5 grados en la temperatura. Se anotará que con respecto a las compañías que utilizan petróleo para propósitos de calentamiento, esto podría significar una reducción de la emisión de 4640 toneladas de bióxido de carbono por año hacia la atmosfera, y con respecto a compañías que utilizan gas para propósitos de calentamiento, la reducción del bióxido de carbono hacia la atmosfera es de aproximadamente 416 toneladas por año.

Además de lo anterior, el exceso de agua 19 regresado al tratamiento de aguas tiene menos sólidos (1.8 toneladas menos por día) como puede apreciarse a partir de las Figuras 10 y 11.

Un aspecto de la presente invención puede observarse, por ejemplo, en las Figuras 12 a 19. En la Figura 13, la cuchilla 36 tiene una cuchilla de soporte 37A que tiene dos importantes funciones, una es mantener la tela de formación separada de la cuchilla 36 en combinación con la cuchilla de soporte 37, la otra más importante función es permitir que el agua ID previamente drenada pase bajo la cuchilla de soporte 37A. El lado de salida de la cuchilla 36 tiene una superficie inclinada 36A que se desvia de la tela de formación 11 en un ángulo entre 0.1 y 10.0 grados, el agua drenada de la mezcla de fibras 1A, pasará bajo la cuchilla de soporte 37, el agua drenada 57 se fusionará con el agua de recirculación 62, para formar un flujo 58 continuo incrementado, gran parte de este flujo se reintroducirá a la mezcla de fibras 1A que se convertirá en el flujo de mezcla de fibras IB que tendrá una consistencia menor que el flujo 1A. La reducción en la consistencia se controla abriendo o cerrando la compuerta 38 que se mantiene en su sitio por medio de la placa inferior 63 y el soporte 64. La compuerta 38 permite incrementar o disminuir el flujo descargado 42. Al cerrar o abrir la compuerta 38, el flujo 62 cambia al nivel deseado, como consecuencia la consistencia en IB puede controlarse para producir una almohadilla uniforme de fibra en la dirección transversal a la máquina y también en la dirección de la máquina. La cuchilla de soporte 37 y la cuchilla posterior 39 mantienen la tela de formación 11 separada de la placa central 35. El espacio entre la tela de formación 11 y la placa central se llena siempre con el agua drenada de la mezcla de fibras 1A, y debido al flujo continuo del agua, la fricción entre la placa central 35 y la tela de formación 11 es mínima. Al final de la placa central 35 se localiza la zona de drenaje 56, en este punto la superficie de la placa central 35 se inclina alejada de la tela de formación 11, y la superficie 71 con la inclinación puede tener cualquiera de 0.1 hasta 10 grados de separación, aunque se prefiere que no exceda los 7 grados. Este tipo de geometría hace recircular el agua 34 de la mezcla IB como se exhibe en la Figura 13 por medio de las líneas de flujo 59, 60 y 61, a fin de reintroducirla por medio de la corriente 58. La placa central 35 y la placa inferior 63 forman un canal 73 en donde ambas piezas están separadas por los separadores 66 que permiten que el agua drenada 34 reunida por la cuchilla posterior 39 se adelante hacia el canal 74, en este punto el flujo de recirculación 62 se fusiona con el flujo drenado 57 para formar el flujo de corriente 58 que se reintroducirá a la mezcla de fibras 1A a fin de disminuir la consistencia en IB a cualquier nivel deseado. Se debe a la formación del canal 73 que se presente la fusión de los dos flujos a diferentes velocidades y que se produzca un efecto de alto corte en la sección 54. Sin embargo, es importante notar que la compuerta 38 controla la cantidad del flujo de purga 42. Debido al flujo inherente y al efecto de alto corte creado al utilizar el diseño del sistema de acuerdo con la presente invención, no es necesario incrementar la energía de los motores de la bomba de ventilador 24 o de los tamices 27 y 32. En el presente diseño, por ejemplo, la separación de la placa central 35 y la placa inferior 63 para formar el canal 73 que permite recircular la presente agua drenada, da como resultado menor consumo de energía al compararse con un sistema tradicional.

Después de la zona de drenaje 56, la consistencia de la mezcla de fibras 1C es la misma que la de 1A o mayor, dependiendo de la cantidad de agua 42 drenada por la compuerta 38. La placa central 35 sujeta la cuchilla de soporte 37, la placa central 35 se encuentra en una posición fija a fin de mantener las distancias especificadas desde la placa central hasta la tela de formación 11, a la cuchilla de entrada 36, a la cuchilla posterior 39 y a la placa inferior 63, esas distancias se designan de acuerdo con las necesidades del proceso para una máquina específica para fabricación de papel, la placa central 35 se fija por medio de uno, dos o tantas barras en T 68 como sea necesario de acuerdo a la longitud de la sección de auto-dilución, corte, miro actividad y drenaje. Las barras en T están fijas en su posición por medio de los pernos 65 y los separadores 66. La superficie 71 de la placa central 35 en la sección de drenaje es divergente de la tela de formación 11, y la inclinación puede tener cualquiera de 0.1 hasta 10 grados de separación, y preferentemente sin exceder los 7 grados.

La longitud de la placa central 35 en las Figuras 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 y de la placa central 53 en la Figura 20 se designa de acuerdo con las necesidades del proceso para una máquina especifica para fabricación de papel. La longitud de la placa central también dependerá de la velocidad de la máquina, del peso base y de la cantidad de reducción de la consistencia necesaria.

La Figura 21 exhibe la ubicación de la nueva invención 75 en el drenaje por gravedad y dinámica en la zona de formación de la hoja 4; la Figura 22 exhibe la ubicación detallada de la nueva invención 75 en el drenaje por gravedad y dinámica en la zona de formación de la hoja 4.

La Figura 23 exhibe la ubicación de la nueva invención 76 en el drenaje por gravedad y dinámica en la zona de formación de la hoja 4; la Figura 24 exhibe la ubicación detallada de la nueva invención 76 en el drenaje por gravedad y dinámica en la zona de formación de la hoja 4.

La nueva invención instalada en el drenaje por gravedad y dinámica en la zona de formación de la hoja 4 elimina la necesidad de disminuir la consistencia de la mezcla de fibras en la caja de alimentación, y como resultado proporcionará los mismos beneficios que la operación con un sistema tradicional (disminuir la consistencia en el sistema completo).

Como un ejemplo de los beneficios obtenidos con la nueva invención en las propiedades físicas de formación de la hoja y en la productividad cuando la máquina para fabricación de papel opera con baja consistencia se encuentra el balance de masa en la Figura 12. Dichos beneficios pueden obtenerse operando con la nueva invención instalada de acuerdo con las Figuras 21, 22, 23 y 24, en lugar de un sistema tradicional.

Un balance de masa con la nueva invención se presenta en la Figura 12; los beneficios de operar con la nueva invención son como sigue: I. Menor consumo de energía cuando se opera con la nueva invención que al operar con un sistema tradicional.

II. No existe la necesidad de cambiar el equipo actual por uno grande tal como la maquinaria y/o la tubería.

III. Más bajas emisiones hacia la atmosfera debido al menor flujo o combustible necesario para calentar la mezcla de fibras.

IV. Ambientalmente más amigable debido a que se envían menos sólidos a la unidad de tratamiento de aguas.

V. Menos sólidos en el sistema de aguas.

VI. Menor utilización de químicos.

VII. Mejor calidad del papel al operar con la nueva invención que al operar con un sistema tradicional debido a que la nueva invención además de reducir la consistencia también produce al mismo tiempo los tres procesos hidrodinámicos necesarios para fabricar papel.

VIII. Las velocidades de operación del dáselo dentro de maquinaria tal como la caja de alimentación 1, los tamices 27 y 32 se encuentran siempre dentro de los límites del diseño cuando la operación se realiza con la nueva invención, debido a que no se exceden los flujos del diseño.

IX. La pérdida de fibra es menor con la nueva invención.

X. La misma agua de drenaje recircula justo después de abandonar la tela de formación sin abandonar siquiera la mesa de formación.

XI. No existe contaminación de la fibra de otras fuentes; este beneficio hace al proceso más estable.

XII. No existe cambio de temperatura en la sección de formación 4.

XIII. No existe aire atrapado en el sistema.

XIV. No existe cambio en la retención.

XV. Es fácil cambiar el grado del papel debido a que el volumen dentro de la nueva invención es una pequeña cantidad.

XVI. Es un flujo conectado de recirculación continua.

XVII. El diseño radial de la superficie 69 hace uniforme el flujo 58 reduciendo la variabilidad de la almohadilla de fibra en la dirección transversal a la máquina o como se exhibe en la Figura 30.

XVIII. No existe un proceso de filtración en la parte anterior de la cuchilla.

XIX. La energía para impulsar la tela metálica se reduce debido a que la fricción entre la tela metálica y la cuchilla es mínima, y el flujo total en la parte superior de la mesa de formación se reduce.

XX. No existe acumulación de polvo sobre la cuchilla debido a que existe un flujo de agua continuo.

XXI. Las fibras en la tela metálica se redistribuyen y se activan con la misma agua.

XXII. Se incrementa la retención de la fibra.

XXIII. Mejora la formación.

XXIV. Se controla la cuadratura de la hoja según sea necesario.

XXV. También se controla el drenaje.

XXVI. Las fibras se distribuyen uniformemente a través del grosor de la hoja.

XXVII. Las propiedades físicas del papel mejoran o se controlan como sea necesario.

La Figura 25 presenta la nueva invención con la sección de auto-dilución, corte múltiple, microactividad y drenaje, teniendo una separación constante DI entre la tela de formación 11 y la placa central 48.

La Figura 26 presenta la nueva invención con la sección de auto-dilución, corte múltiple, microactividad y drenaje, teniendo una separación en incremento D2, D3 y D4 entre la tela de formación 11 y la placa central 49.

La Figura 27 presenta la nueva invención con la sección de auto-dilución, corte múltiple, microactividad y drenaje, teniendo una superficie plana desplazada 72 entre la tela de formación 11 y la placa central 50.

La Figura 28 presenta la nueva invención con la sección de auto-dilución, corte múltiple, microactividad y drenaje, con una descripción detallada de las superficies planas desplazadas entre la tela de formación 11 y la placa central 50, la superficie 72A está desplazada de la superficie 72B por medio del intervalo 72, y la acción hidrodinámica observada aguí se describió en Fiber Mat Forming Apparatus and Method of Preserving the Hydrodinamic Processes Needed to form.a Paper Sheet (Aparato de formación de almohadilla de fibra y método para preservar los procesos hidrodinámicos necesarios para formar una hoja de papel) por Cabrera, Publicación de Solicitud de Patente No.: US 2009/0301677 Al.

La Figura 29 presenta la nueva invención con la sección de auto-dilución, corte múltiple, microactividad y drenaje, teniendo un punto pivotal en el área de drenaje de la placa central 52 a fin de controlar la actividad y la cantidad de agua gue va a drenarse. El punto pivotal permite ajustar la sección 52A según las necesidades del proceso.

La Figura 30 presenta la nueva invención con la sección de auto-dilución, corte múltiple, microactividad y drenaje, con explicación detallada de las diferentes seccione como sigue: A. Sección de auto-dilución y corte 54: Esta sección comienza en el borde delantero del soporte 37 y termina en el extremo de la sección radial 69. La longitud de esta sección depende de la velocidad de la máquina, y de la cantidad de agua 58 que va a introducirse a la mezcla de fibras 1A. El flujo de corriente 58 se compone por los flujos de corriente 57 y 62, y el flujo de corriente 62 sigue la trayectoria del canal 74 que permite tener un flujo continuo y uniformemente que posteriormente se fusionará con el flujo 57 y se suministrará hacia la tela de formación 11 para convertirse en el flujo IB. la cantidad del flujo de corriente 62 se controla por la cantidad de agua 42 purgada a través de la compuerta 38.

El efecto de alto corte se desarrolla en esta sección controlando las velocidades diferenciales entre los flujos 1A y el flujo 58, después de que estos flujos se fusionan, la alta dilución en el flujo 1A tiene lugar y se inicia la microactividad. El diseño radial de la superficie 69 hace uniforme el flujo 58, reduciendo la variabilidad de la almohadilla de fibra en la dirección transversal a la máquina.

La longitud de la sección de auto-dilución y corte depende de la velocidad de la máquina, del peso base y la disminución de la consistencia.

B. Microactividad a baja consistencia 55: La superficie 70 de la placa central 35 puede tener una configuración diferente a la descrita anteriormente en este documento, y también en Fiber Mat Forming Apparatus and Method of Preserving the Hydrodinamic Processes Needed to form a Paper Sheet (Aparato de formación de almohadilla de fibra y método para preservar los procesos hidrodinámicos necesarios para formar una hoja de papel) por Cabrera, Publicación de Solicitud de Patente No.: US 2009/0301677 Al. Existe una separación entre la superficie 70 y la placa central 35 y la tela metálica 11, esta característica permite tener agua entre las mismas provocando así la microactividad y el efecto de corte, en esta sección es donde se obtiene la más baja consistencia.

La longitud de la microactividad en la sección de baja consistencia dependerá de la velocidad de la máquina, del peso base y del tipo de fibra.

C. Drenaje 56: El flujo de corriente 59 en las Figuras 30 y 31 se presenta en la última sección de la placa central 35. La superficie 71 de la placa central 35 en la sección de drenaje es divergente de la tela de formación 11. La inclinación puede tener cualquiera de 0.1 hasta 10 grados de separación, preferentemente sin exceder los 7 grasos. La longitud de la sección de drenaje dependerá de la cantidad del flujo que va a drenarse. El flujo 59 continúa hasta el flujo 60 a través del canal 77 localizado entre la última parte de la placa central y la cuchilla posterior 39. El canal 77 se diseña a fin de evitar el grapado de la fibra y para tener minimas pérdidas de fricción, el flujo de corriente continúa a través del canal 73.

En caso de que la tela metálica 11 se desvie y haga contacto con la placa central, se agrega la segunda cuchilla de soporte 37B, como se muestra en la Figura 31. Al final de la superficie 70 de la placa central 35 sigue en continuación una superficie radial 71A a fin de mantener el flujo de corriente 59 en contacto continuo con la placa central 35 (evita la separación del flujo).

La Figura 32 presenta una explicación detallada de la hidráulica en la sección de auto-dilución y corte de la nueva invención. La cuchilla de soporte 37 evita que la tela metálica se desvie y entre en contacto con la placa central 53, el flujo de corriente drenado de la mezcla de fibras IB pasa bajo la cuchilla de soporte y posteriormente se reintroduce a la mezcla de fibras en donde tiene lugar el efecto de corte.

La Figura 33 presenta una explicación detallada de la geometría que sujeta la placa central 35. Pueden utilizarse pernos 65 y separadores 66, por ejemplo, entre la placa inferior 63 y la placa central 35 para ayudar a formar el canal 73.

En una modalidad alternativa como se exhibe en la Figura 34, por ejemplo, las barras en T 68 y los separadores 66 pueden utilizarse entre la placa inferior 63 y la placa central 35 para sujetar la placa central 35 y formar el canal 73.

La Figura 35 presenta una explicación detallada de la geometría de la barra en T 68. La distancia 68B entre los orificios de grifo 68A varía entre 4 y 10 pulgadas, y se diseña específicamente para cada máquina para fabricación de papel. Las distancias L1 y L2 son iguales, esta sección es la porción que se conecta directamente con los separadores 66 de la estructura principal de la caja. Las distancias L3 y L4 son diferentes entre sí, en este caso L3 es más grande que L4 pero puede ser al contrario sin perder el principio. La cabeza de la barra en T 68C es la parte que se conecta directamente con la placa central 35 en este caso o puede ser con cualquier cuchilla, debido a la diferencia en las distancias L3 y L4 la placa central 35 y/o cualquier cuchilla se deslizará solamente en una dirección.

Las Figuras 36, 37, 38 y 39 presentan una explicación detallada del desempeño hidráulico de la nueva invención. En la Figura 36, el efecto creado por la cuchilla 36 y la cuchilla de soporte 37A se explicó en Fiber Mat Forming Apparatus and Method of Preserving the Hydrodinamic Processes Needed to form a Paper Sheet (Aparato de formación de almohadilla de fibra y método para preservar los procesos hidrodinámicos necesarios para formar una hoja de papel) por Cabrera, Publicación de Solicitud de Patente No.: US 2009/0301677 Al, cuyo contenido completo se incorpora en la presente mediante la referencia. El flujo de corriente 57 se fusiona con el flujo de corriente 62 que fluye bajo la cuchilla de soporte 37 a fin de reintroducirse 58 a la mezcla de fibras 1A, en la sección 54 se produce el efecto de alto corte ocasionado por la fusión de dos flujos a diferentes velocidades, es importante anotar que la compuerta 38 controla la cantidad del flujo de purga 42.

Las Figuras 38 y 39 presentan una explicación detallada del proceso de drenaje, en donde la superficie 71 se inclina alejada de la tela de formación 11, la inclinación puede tener cualquiera de 0.1 hasta 10 grados de separación, pero preferentemente sin exceder los 7 grados. Este tipo de geometría produce un vacío debido a la pérdida de la energía potencial, y el agua drenada sigue la trayectoria de las líneas de flujo 60 y 61. En caso de que la distancia desde la cuchilla de soporte 37 y la cuchilla posterior 39 sea grande y la tela de formación 11 toque la placa central 35, puede instalarse una cuchilla de soporte 37B adicional, la superficie radial 71A se instala a fin de evitar la separación del flujo 59 desde la placa central 35, el flujo continúa a través de los canales 77 y posteriormente en el canal 73.

Adición de químicos En otra modalidad, los químicos para fabricación de papel como se conocen por los de experiencia ordinaria en la téenica se agrega a la suspensión fibras a fin de mejorar la resistencia del papel y la productividad de la máquina. Todos los químicos para papel se agregan antes o después de la mesa de formación.

La eficiencia de los químicos se reduce grandemente cuando se agregan antes de la mesa de formación debido a la gran dilución y al alto volumen de recirculación del agua en la sección de formación, además de lo anterior, el tiempo de respuesta a cualquier cambio en la dosis del químico no es inmediato.

Cuando se agregan los químicos después de la mesa de formación, normalmente se realiza en la prensa de encolado en este caso la velocidad de la máquina para fabricación de papel se reduce entre 13 y 25% o es necesario agregar más secantes a fin de evaporar el agua adicional en la malla de papel, en ambas situaciones se utiliza más energía.

Cada grado de papel requiere una combinación específica de ingredientes de suministro seleccionados de acuerdo con las especificaciones del papel que se produce.

Como se muestra en la Figura 13A, los químicos 100 se inyectan a través del tubo 99 y dichos químicos se fusionan y se mezclan con el flujo previamente drenado 59. Los químicos 100 y el agua drenada 59 se fusionan en la zona 60 creando una zona de turbulencia 34B en donde existe una completa dilución de los químicos; el flujo mezclado 60 y 61 continúa a través del canal 73, dicho flujo se agita por medio de los separadores 66 que están separados a través de la dirección de la máquina cuyo propósito principal es formar el canal 73 y soportar las barras en T 68. Los tubos 99 que alimentan los químicos están separados en la dirección transversal a la máquina de 0.5 a 8 pulgadas dependiendo de las necesidades de la máquina para fabricación de papel, la separación preferida es de 4 a 6 pulgadas.

La unidad puede operar con o sin la adición de químicos; en caso de agregar químicos es preferible cerrar la válvula de compuerta 38 a fin de eliminar cualquier pérdida de químicos.

El flujo mezclado de agua y químicos 61 y posteriormente 62, se fusiona con el nuevo flujo de drenaje 57 y se reintroduce 58 a la suspensión fibras 1A, ambos flujos se convierten en el flujo IB, las fibras se saturan completamente con los químicos en la zona de microactividad 55, los químicos no retenidos se drenan como parte del flujo 59 a fin de reutilizarse de nuevo optimizando el uso de químicos.

En relación a la prensa de encolado vale la pena anotar que los químicos agregados en esta etapa incrementan la resistencia en seco del papel con mínima refinación y baja calidad de fibra, los químicos agregados en la prensa de encolado se encuentran en solución a aproximadamente de 3 a 25% de sólidos, el papel absorbe parte de la solución de dimensión y el balance se retira en la prensa. La solución de la prensa de encolado absorbida por el papel tiene que eliminarse con secantes adicionales después de la prensa de encolado.

La Figura 13A representa la nueva invención de formación que exhibe la inyección de químicos.

La Figura 13B representa la nueva invención de formación, con detalles de la inyección de químicos.

Los beneficios de realizar la inyección de químicos en la mesa de formación con la nueva invención son como sigue: 1. La eficiencia de los químicos es mayor siempre que los químicos no se diluyan, debido a que el volumen que utiliza la nueva invención es mínimo en comparación con el volumen total almacenado en el silo. 2. La eficiencia de los químicos es mejor debido a que los químicos y las fibras están bien mezclados en la zona de microactividad. 3. Los químicos no están sometidos a un alto efecto de corte como sucede en la bomba de ventilador o el tamiz de la máquina, la acción de corte reduce la eficiencia de los químicos. 4. Existe una considerable reducción en el consumo de energía cuando los químicos agregados en la nueva invención remplazan los químicos en la prensa de encolado, debido a que no es necesario eliminar el exceso del líquido absorbido por el papel. 5. No existe reducción de velocidad de la máquina debido al re-humedecimiento de la hoja de papel en la prensa de encolado en los secadores. 6. Es posible controlar la resistencia del papel en la dirección transversal a la máquina. 7. La respuesta a cualquier cambio en la dosificación es inmediata, debido a que la nueva invención opera con un volumen mínimo de agua en comparación con el volumen del silo.

Aunque la invención se ha descrito en conexión con lo que se considera la modalidad más práctica y preferida, debe entenderse que esta invención no se limita a las modalidades descritas, sino por el contrario, pretende cubrir varias modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (25)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para disminuir la consistencia o el grado de densidad de la fibra contenida en una suspensión liquida en una mesa de formación de una máquina para fabricación de papel, comprendiendo el aparato: al menos un conducto para agregar los químicos para fabricación de papel en un flujo de líquido para formar un flujo mezclado; una tela de formación sobre la cual se transporta la mezcla de fibras; teniendo la tela de formación una superficie exterior y una superficie interior; una cuchilla primaria que tiene una superficie de soporte de borde delantero que se encuentra en contacto deslizante con la superficie interior de la tela de formación; y una placa central que comprende al menos una porción de la sección de auto-dilución, corte, microactividad o drenaje de la mesa de formación, en donde la placa central se separa de la placa inferior por una distancia predeterminada para formar un canal para la recirculación de al menos una porción del líquido.

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende: el conducto que comprende al menos una abertura próxima a una sección de drenaje de la mesa de formación y configurado para agregar los químicos para fabricación de papel en un flujo drenado del líquido para formar el flujo mezclado.

3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la superficie de la placa central se configura para crear una zona de turbulencia, en donde los químicos para fabricación de papel se alimentan desde la abertura y se fusionan con el flujo drenado en la zona de turbulencia para formar un flujo mezclado.

4. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la placa central se separa de la placa inferior por una distancia predeterminada utilizando separadores y pernos o separadores y barras e T separadas a través de la dirección de la máquina, y en donde los separadores se configuran para formar el canal.

5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el conducto comprende: una pluralidad de tubos para agregar los químicos, estando los tubos separados en la dirección transversal a la máquina desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 8 pulgadas.

6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5, en donde los tubos para agregar los químicos se encuentran separados en la dirección transversal a la máquina desde aproximadamente 4 hasta aproximadamente 6 pulgadas.

7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende además: una compuerta configurada para descargar un flujo de purga, en donde la compuerta comprende una válvula de compuerta configurada para cerrarse cuando se agregan los químicos para fabricación de papel.

8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el aparato se configura para permitir que el flujo mezclado que incluye el líquido drenado, se reutilice en al menos una parte del proceso de formación a fin de producir el efecto hidrodinámico deseado.

9. El aparato de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el aparato se configura para saturar las fibras de la suspensión líquida con los químicos para fabricación de papel del flujo mezclado.

10. El aparato de acuerdo con la reivindicación 9, en donde las fibras de la suspensión líquida se saturan con los químicos para fabricación de papel del flujo mezclado en la zona de microactividad.

11. El aparato de la reivindicación 1, en donde los químicos se agregan en una prensa de encolado, y los químicos se agregan para formar una solución de aproximadamente 3% a 25% de sólidos.

12. El aparato de la reivindicación 1, en donde los químicos se agregan después de la mesa de formación.

13. El aparato de la reivindicación 1, en donde los químicos se agregan antes de la mesa de formación.

14. Un sistema para disminuir la consistencia o el grado de densidad de la fibra contenida en una suspensión líquida en una mesa de formación de una máquina para fabricación de papel, comprendiendo el sistema un aparato que comprende: al menos un conducto para agregar los químicos para fabricación de papel en un flujo de líquido; una tela de formación sobre la cual se transporta la mezcla de fibras; teniendo la tela de formación una superficie exterior y una superficie interior; una cuchilla primaria que tiene una superficie de soporte de borde delantero que se encuentra en contacto deslizante con la superficie interior de la tela de formación; y una placa central que comprende al menos una porción de la sección de auto-dilución, corte, microactividad o drenaje de la mesa de formación, en donde la placa central se separa de la placa inferior por una distancia predeterminada para formar un canal para la recirculación de al menos una porción del líquido.

15. Un método para disminuir la consistencia o el grado de densidad de una suspensión fibras en una mesa de formación de una máquina para fabricación de papel, comprendiendo el método: proporcionar al menos un conducto para agregar los químicos para fabricación de papel en un flujo de líquido para formar un flujo mezclado; proporcionar una tela de formación sobre la cual se transporta la mezcla de fibras; teniendo la tela de formación una superficie exterior y una superficie interior; proporcionar una cuchilla primaria que tiene una superficie de soporte de borde delantero que se encuentra en contacto deslizante con la superficie interior de la tela de formación; y proporcionar una placa central que comprende al menos una porción de la sección de auto-dilución, corte, microactividad o drenaje de la mesa de formación, en donde la placa central se separa de la placa inferior de la mesa de formación por una distancia predeterminada para formar un canal para la recirculación de al menos una porción del líquido.

16. El método de la reivindicación 15, en donde el método comprende además: configurar el conducto para agregar los químicos para fabricación de papel en el flujo drenado del líquido para formar el flujo mezclado.

17. El método de la reivindicación 15, en donde el método comprende además: configurar la placa central para crear una zona de turbulencia de tal manera que los químicos para fabricación de papel se fusionen con el flujo drenado en la zona de turbulencia para formar el flujo mezclado.

18. El método de la reivindicación 15, en donde el método comprende además: separar la placa central de la placa inferior por una distancia predeterminada utilizando separadores y pernos o separadores y barras en T separadas a través de la dirección de la máquina, y en donde los separadores se configuran para formar el canal, mediante lo cual los separadores se configuran para agitar el flujo mezclado.

19. El método de la reivindicación 15, en donde el método comprende además: proporcionar un conducto que comprende una pluralidad de tubos para agregar los químicos, y separar los tubos en la dirección transversal a la máquina desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 8 pulgadas.

20. El método de la reivindicación 19, en donde el método comprende además: separar la pluralidad de tubos en la dirección transversal a la máquina desde aproximadamente 4 hasta aproximadamente 6 pulgadas.

21. El método de la reivindicación 15, en donde el método comprende además: configurar la máquina para fabricación de papel de tal manera que el flujo mezclado que incluye el liquido drenado se reutilice en al menos una parte del proceso de formación.

22. El método de la reivindicación 21, en donde el método comprende además: configurar la máquina para fabricación de papel para saturar las fibras de la suspensión liquida con los químicos para fabricación de papel del flujo mezclado.

23. El método de la reivindicación 22, en donde el método comprende además: configurar la máquina para fabricación de papel de tal manera que las fibras de la suspensión líquida se saturen con los químicos para fabricación de papel del flujo mezclado en la zona de microactividad.

24. El método de la reivindicación 15, en donde el método comprende además: configurar la máquina para fabricación de papel de tal manera que los químicos se agreguen después de la mesa de formación.

25. El método de la reivindicación 15, en donde el método comprende además: configurar la máquina para fabricación de papel de tal manera que los químicos se agreguen antes de la mesa de formación.