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7/23/2019 Viabilidad Tecnica de un Molino de Bolas.pdf

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ESTUDIO DE VIABILIDAD TCNICA DE UN MOLINO DE BOLAS COMO

TECNOLOGA DE REFINO DE PASTAS DE CELULOSA

Alicia Moral1, Nuria Gmez2, Pilar Poveda2, Juan Carlos Villar2

2 Espaa. Centro de Investigacin Forestal. INIA. Ctr. La Corua Km 7, 28040 Madrid.Tel 34 913476760 Fax 34 913572293poveda|@inia.es

1 Espaa. Universidad Alfonso X el Sabio. Villanueva de la Caada. Madrid. Tel [email protected]

Resumen

Basndonos en las buenas caractersticas que el molino de refino de pastas de laboratorioLampen proporciona a las fibras y teniendo en cuenta que en la industria existen molinos quepodran proporcionar un efecto parecido y no han sido empleados en la industria papelera, serealiz el trabajo de tratamiento de pastas de fibra corta con molino de bolas para determinar

su capacidad de refino y desintegracin con el fin de estudiar su viabilidad tcnica para el refinoy desintegracin de pastas y su aplicacin en la desintegracin de envases complejosconstituidos por celulosa plstico y aluminio.En el presente trabajo una pasta de Eucalyptus globulus al sulfato blanqueada se somete a laaccin del molino de bolas y se analiza el efecto que produce sobre el grado de refino y sobrelas caractersticas fsicas de dicha pasta. Se determina tambin el consumo de energa. Losfactores variables son el tiempo de tratamiento, el pH y la consistencia de la pasta. Losensayos se realizan siguiendo un diseo factorial central compuesto. Se obtienen lasecuaciones de los modelos ajustados para el grado de refino, el consumo de energa y lalongitud de rotura. El tiempo es el factor que tiene ms influencia sobre estas respuestas; el pHno ejerce influencia significativa dentro de los niveles aplicados. Sobre el ndice de desgarro,ninguno de los factores variables tienen influencia significativa, dentro de los niveles aplicados

Palabras Clave: refino, desintegracin, pasta de celulosa, molino de bolas

IntroduccinTanto la desintegracin como el refino, son acciones mecnicas independientes pero losefectos que producen, se solapan. En la desintegracin se pretende conseguir una suspensinde fibras, partiendo de pasta de celulosa o de material celulsico procedente de recuperacin.Mediante el refino la accin mecnica va encaminada a desarrollar las propiedades papeleras.La accin de corte, tensin y compresin de las fibras se producen en el proceso dedesintegracin y de refinado (1).La industria papelera emplea como tecnologas para la desintegracin de material celulsico eltradicional pulper y con menor implantacin el sistema fibreflow (2). Este ltimo es untambor de grandes dimensiones en el que el impacto del material celulsico sobre sus paredesen movimiento, origina la desintegracin del material.

La incorporacin de nuevas fuentes de celulosa procedentes de recuperacin en el proceso defabricacin de productos papeleros hace necesaria la puesta a punto de tecnologas quepermitan la recuperacin del material celulsico sin degradacin del mismo y que a la vez seproduzca una valorizacin de la fibra, por la accin del refinado (3).El efecto de hinchamiento, fibrilacin y corte de las fibras que se producen por la accinmecnica del refinado o la desintegracin, influye sobre las caractersticas fsicas en funcindel equipo empleado (4) y es la accin de corte especialmente perjudicial en las fibras defrondosas y en las recuperadas.

Metodologa

El molino consta de un tambor de acero con movimiento de rotacin alrededor de un ejehorizontal, en cuyo interior se ponen las bolas de acero de 2 cm de dimetro y el material a

tratar. El tambor tiene 27cm de longitud total, 27,5 cm de dimetro exterior, 1cm de espesor yboca de 12 cm de dimetro, la carga total de bolas es de 25 kilos. El movimiento de rotacin
mailto:poveda%[email protected]:[email protected]:[email protected]:poveda%[email protected]


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del tambor es de 58 revoluciones por minuto. El trabajode choque y friccin acta sobre lapasta originando un efecto de hinchamiento, fibrilacin y corte sobre las fibras que laconstituyen.Se realiza un diseo factorial central compuesto con tres factores a dos niveles, seis puntosestrella y seis puntos centrales en un solo bloque. Se utiliza el programa statgraphic 4.1 pararealizar el anlisis.

Los factores son: tiempo de tratamiento en el molino, pH de la pasta hmeda y consistencia dedicha pasta.Para la desintegracin inicial de la pasta, determinacin del grado de refino, realizacin de lashojas de ensayo y caractersticas fsicas, se siguen las normas UNE.El tratamiento en el molino se realiza con 300 gramos de pasta y el agua necesaria paraalcanzar la consistencia requerida en cada ensayo. El pH se consigue aadiendo solucin dehidrxido sdicoLas respuestas analizadas son: grado de refino (SR), consumo especfico de energa Wh/g,longitud de rotura (m) e ndice de desgarro (mNm2/g).

Resultados

Tabla 1. Condiciones de tratamiento y Resultados

Ensayo A

Tiempo

Minutos

B

pH

C

Consistencia

%

Refino

SR

L.

Rotura

m

I.Desgarro

mNm2/g

C.E.

Wh/g

Orden de

realizacin

del ensayo

1 60,0 6,6 8,8 25,2 4815 13,54 0.91 6

2 150,0 6,6 8,8 42,8 7151 9,53 2,25 20

3 60,0 8,4 8,8 24,4 3709 9,77 0.89 14

4 150,0 8,4 8,8 42,3 7452 8,79 2,22 17

5 60,0 6,6 11,2 24,6 4319 14,49 0,90 5

6 150,0 6,6 11,2 40,5 6717 9,27 2,19 16

7 60,0 8,4 11,2 24,5 3708 10,27 0,87 2

8 150,0 8,4 11,2 39,8 6672 9,29 2,17 15

9 29,3 7,5 10,0 20,6 3718 8,16 0,44 19

10 180,7 7,5 10,0 50,0 6358 8,35 2,16 9

11 105,0 6,0 10,0 32,8 5891 9,55 1,52 13

12 105,0 9,0 10,0 36,3 6069 9,74 1,57 18

13 105,0 7,5 8,0 32,4 6374 8,56 1,58 11

14 105,0 7,5 12,0 27,9 5130 9,48 1,45 12

15 105,0 7,5 10,0 32,0 5528 9,60 1,53 1

16 105,0 7,5 10,0 33,0 5226 10,11 1,56 3

17 105,0 7,5 10,0 33,7 6668 9,26 1,57 4

18 105,0 7,5 10,0 34,5 6696 9,16 1,54 8

19 105,0 7,5 10,0 32,8 5591 8,98 1,54 10

20 105,0 7,5 10,0 33.2 5121 9,53 1,58 7

L. Rotura: longitud de rotura I. Desgarro: ndice de desgarro; CE: consumo especfico


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El planteamiento del diseo se muestra en la tabla 2. Los resultados despus de eliminar losfactores e interacciones de influencia menos significativa, se muestran en las tablas 3 a 11 y enlas figuras de 1 a 6.

Tabla 2. Diseo: Factores y respuestas.

Factores Inferior Superior Unidades Continua---------------------------------------------------------------------------------Tiempo 60,0 150,0 minutos sipH 6,6 8,4 siConsistencia 8,8 11,2 % si

Respuestas Unidades--------------------------------------------------Refino SRLongitud de rotura metrosndice de desgarro mNm2/gConsumo Especfico Wh/g

Tabla 3. Efectos estimados para el consumo especfico de energa

----------------------------------------------------------------------Media = 1,55022 +/- 0,00695124A: Tiempo+block = 1,30476 +/- 0,0131556C: Consistencia = -0,0525202 +/- 0,0131555CC = -0,0167466 +/- 0,012691

----------------------------------------------------------------------El error estndar est basado sobre el error total con 16 grados de libertad.

Consumo Especfico

Efectos Estandarizados

0 20 40 60 80 100

CC

C:Consistencia

A:Tiempo+block

Figura 1. Diagrama normalizado de pareto para el consumo especfico


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Tabla 4. Anlisis de varianza para el Consumo Especfico----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Fuente Suma de cuadrados GL Cuadrado medio Razn-F Valor-P----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A: Tiempo+block 5,81239 1 5,81239 9836,60 0,0000

C: Consistencia 0,00941778 1 0,00941778 15,94 0,0010CC 0,0010289 1 0,0010289 1,74 0,2056Total error 0,00945431 16 0,000590894------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Total (corr.) 5,8323 19R2 = 99,8379 %R2 (ajustado para g.l.) = 99,8075 %Error estndar de estimacin = 0,0243083Error medio absoluto = 0,0185609Estadstico Durbin-Watson = 1,65617

pH=7,5

Tiempo Consistencia

ConsumoEsp.

60

80100120140

1608,89,2 9,6 10

10,4 10,8 11,2

0,8

1,2

1,6

2

2,4

Figura 2. Superficie de Respuesta estimada para el Consumo Especfico

Tabla 5. Coeficientes de regresin para el Consumo Especfico-----------------------------------------------------------------------constante = -0,33465A: Tiempo = 0,0144974C: Consistencia = 0,0944122CC = -0,00581478----------------------------------------------------------------------Ecuacin de regresin ajustada a los datos:Consumo Esp. = -0,33465 + 0,0144974*Tiempo + 0,0944122*Consistencia -0,00581478*Consistencia^2

Tabla 6. Efectos estimados para el Refino----------------------------------------------------------------------Media = 34,0154 +/- 0,345288A: Tiempo+bloque = 17,009 +/- 0,653474C :Consistencia = -1,88444 +/- 0,653472CC = -2,49072 +/- 0,630397

----------------------------------------------------------------------Errores estndar basados sobre el error total con 16 g.l


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Refino


0 5 10 15 20 25 30

C:Consistencia

CC

A:Tiempo+block

Figura 3. Diagrama normalizado de pareto para el Refino

Tabla 7. Anlisis de varianza para el Refino--------------------------------------------------------------------------------Fuente Suma de cuadrados g.l. Cuadrado medio Razn-F Valor-P--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A: Tiempo+block 987,753 1 987,753 677,49 0,0000C: Consistencia 12,1244 1 12,1244 8,32 0,0108CC 22,76 1 22,76 15,61 0,0011Total error 23,3275 16 1,45797---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Total (corr.) 1045,97 19R2 = 97,7698 %R2 (ajustada para g.l.) = 97,3516 %Error Estndar de estimacin = 1,20746Error medio absoluto = 0,894834Estadstico Durbin-Watson = 1,91945

pH=7,5

Tiempo

Consistencia

Refino

6080

100120

140160 8,8

9,29,6

1010,4

10,811,2

23273135394347

Figura 4. Superficie de respuesta estimada para el Refino


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Tabla 8. Coeficientes de regresin para el Refino----------------------------------------------------------------------constante = -64,46A: Tiempo = 0,188989C: Consistencia = 16,5115CC = -0,864834

----------------------------------------------------------------------Ecuacin de regresin ajustada a los datosRefino = -64,46 + 0,188989*Tiempo + 16,5115*Consistencia -0,864834*Consistencia^2

Tabla 9. Efectos Estimados para la Longitud de Rotura----------------------------------------------------------------------Media = 5834,55 +/- 158,438A: Tiempo+block = 2325,71 +/- 299,851C: Consistencia = -556,957 +/- 299,85AA = -553,287 +/- 289,266----------------------------------------------------------------------Errores estndar basados sobre el error total con 16 g.l.

Longitud de Rotura


0 2 4 6 8

C:Consistencia

AA

A:Tiempo+block

Figura 5. Diagrama normalizado de pareto para la Longitud de Rotura

Tabla 10. Anlisis de Varianza para la Longitud de Rotura

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Fuente Suma de Cuadrados g.l. Cuadrado Medio Razn - F Valor -P-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A: Tiempo+block 1,84672E7 1 1,84672E7 60,16 0,0000C: Consistencia 1,0591E6 1 1,0591E6 3,45 0,0817AA 1,12307E6 1 1,12307E6 3,66 0,0739Error total 4,91159E6 16 306975,0-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Total (corr.) 2,5561E7 19

R2 = 80,7848 %R2 (ajustada para g.l.) = 77,1819 %Error estndar = 554,053

Error medio absoluto = 413,13Estadstico Durbin-Watson = 2,0842


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pH=7,5

Tiempo

Consistencia

L.Rotura

6080

100120

1401608,8

9,29,6

1010,4

10,811,2

4100

5100

6100

7100

8100

Figura 6. Superficie de respuesta estimada para la longitud de rotura

Tabla 11. Coeficientes de Regresin para la Longitud de Rotura----------------------------------------------------------------------constante = 3935,71A: Tiempo = 54,5302C: Consistencia = -232,065AA = -0,136614

----------------------------------------------------------------------Ecuacin de regresin ajustada a los datosL. Rotura = 3935,71 + 54,5302*Tiempo - 232,065*Consistencia -0,136614*Tiempo^2

Conclusiones

De los resultados obtenidos en este estudio preliminar, se confirma la viabilidad del molino de

bolas para el refino de pastas de celulosa. A la vista de los resultados obtenidos de longitud de rotura e ndice de desgarro y

comprndolos con los que proporcionan otros refinadores, se concluye que en lascondiciones aplicadas, no se aprecia degradacin significativa de las fibras de celulosaya que los valores de estos parmetros de resistencia se han mantenido siempredentro de valores aceptables.

El consumo de energa en el molino ha estado comprendido entre 0,44 y 2,2 w hora/gde pasta que est dentro de los intervalos habituales para el refino de pasta que oscilaentre 0,3 y 3,5 w hora/g, dependiendo del producto final.

Se han obtenido tres ecuaciones de regresin para el consumo especfico de energa(Ce en Wh/g), el grado de refino (R en SR) y la longitud de rotura (Lr en m) quefueron:

Ce = - 0,335 + 0,014.t + 0,094.c - 0,006.c2

R = - 64,46 + 0,189.t +16,511c 0,865.c2


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Lr = 3935,71 + 54,530.t 232,065.c 0,137.t2

Ninguno de los factores estudiados del diseo a 95% de nivel de confianza tieneinfluencia significativa sobre el ndice de desgarro.

El pH de la pasta, no tiene influencia significativa en los niveles aplicados sobre elconsumo, grado de refino, longitud de rotura e ndice de desgarro.

Agradecimientos.

Este trabajo se realiz con cargo al proyecto OT 98-005 financiado por el INIA.Han colaborado en la realizacin del mismo Luis Daz, Luis Miguel Jimnez y RemediosQuiles

Bibliografa

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