Ultrasonidos en la fabricación de papel

Los ultrasonidos de potencia se han convertido en una tecnología de proceso versátil y energéticamente eficiente en las modernas fábricas de papel. Al introducir ondas ultrasónicas de alta intensidad en sistemas de líquidos o lodos, las papeleras pueden aprovechar los efectos de la cavitación (formación y colapso de burbujas microscópicas). – para mejorar la mezcla, la transferencia de masa, la modificación de fibras y la eliminación de contaminantes. Dado que tanto la producción de fibra virgen como el procesamiento de papel reciclado se enfrentan a una presión cada vez mayor para reducir el uso de energía, el consumo de agua y la demanda de productos químicos, la tecnología ultrasónica ofrece un conjunto convincente de soluciones en línea, listas para la modernización.

Ultrasonidos en la fabricación de papel

En la fabricación de papel, los sistemas ultrasónicos se aplican principalmente para mejorar la calidad de la pasta, el rendimiento de la fibra y la estabilidad del proceso. Una aplicación importante es la desgasificación de las suspensiones de pasta. El aire atrapado en la pasta puede causar marcas de agua, rayas y defectos de formación que reducen directamente la calidad del papel. La desgasificación ultrasónica elimina eficazmente los gases disueltos y arrastrados de las suspensiones de pasta, estabilizando la parte húmeda y ayudando a prevenir defectos visuales sin productos químicos adicionales.
Otra aplicación importante es la mejora de la fibrilación de las fibras. Los ultrasonidos de potencia promueven la fibrilación externa e interna de las fibras pulpares generando intensas fuerzas de cizallamiento localizadas a través de la cavitación. Esto puede sustituir parcialmente o mejorar las etapas convencionales de batido y refinado. En comparación con el refinado mecánico por sí solo, el tratamiento ultrasónico puede lograr un desarrollo de la fibra similar o mejorado, consumiendo menos energía. Es importante destacar que la resistencia de la fibra se mantiene, y en algunos casos mejora, porque los ultrasonidos promueven una fibrilación controlada en lugar de un corte excesivo de la fibra. La energía ultrasónica también puede contribuir a las reacciones químicas asociadas a la modificación de la fibra, como los procesos oxidativos o de blanqueo, mejorando la eficacia y la uniformidad de la reacción.

Los ultrasonidos pueden contribuir además a la desintegración de la pasta, ya sea durante la descomposición de las virutas de madera en pasta o durante el repulpado del papel recuperado. La cavitación acelera la separación de las fibras y afloja la unión entre fibras, cargas, tintas y revestimientos, mejorando la eficacia de la fabricación de pasta y reduciendo el tiempo de procesamiento.

Sonicación en el extremo húmedo

Las operaciones de fabricación de papel reconocen cada vez más que las mejoras en el rendimiento de la parte húmeda están impulsadas más por la eficiencia de la utilización de productos químicos que por mayores dosis de aditivos. Como resultado, la dispersión ultrasónica está ganando atención como tecnología de proceso avanzada para la activación y homogeneización controladas de aditivos de acabado húmedo antes de la adición de la pasta. Los ultrasonidos de alta potencia generan fuerzas de cizallamiento inducidas por la cavitación que desaglomeran las partículas y favorecen la dispersión uniforme de polímeros, cargas y emulsiones en flujos de proceso en línea. Esta dispersión mejorada da lugar a interacciones más predecibles entre los productos químicos y las fibras, a una mejor retención y formación de láminas y a una mayor estabilidad del proceso, al tiempo que reduce la demanda global de productos químicos y el consumo de energía. Gracias a su escalabilidad lineal y a la disponibilidad de los sistemas de sonicación industriales de Hielscher Ultrasonics, la dispersión por ultrasonidos ha pasado de los estudios a escala de laboratorio a la aplicación a gran escala como estrategia de optimización de la parte húmeda técnicamente sólida y económicamente viable.

Más información sobre las ventajas de la dispersión ultrasónica en la parte húmeda de las fábricas de papel.

Ultrasonidos en el reciclaje de papel

En las aplicaciones de reciclado, los ultrasonidos de potencia resuelven algunos de los problemas más persistentes en el procesamiento de fibras recuperadas. Un uso clave es la limpieza de fibras y la eliminación de contaminantes. La cavitación ultrasónica ayuda a desprender la suciedad, los aceites, las tintas de impresión, los colorantes y los residuos de laca de las superficies de las fibras. En las operaciones de destintado, los ultrasonidos mejoran el desprendimiento y la dispersión de las partículas de tinta, mejorando la eficacia de la flotación o el lavado y permitiendo mayores niveles de brillo con un menor aporte de productos químicos.
Los ultrasonidos también contribuyen a la reducción microbiana en los sistemas de aguas bravas. Al alterar mecánicamente las células microbianas y las biopelículas, el tratamiento ultrasónico puede reducir las cargas microbianas sin depender únicamente de los biocidas. De este modo, los circuitos de agua de proceso son más limpios y se reducen los olores, la formación de limo y los riesgos de bioincrustación.
Otra importante aplicación relacionada con el reciclado es la deshidratación. La energía ultrasónica puede mejorar las características de drenaje de las suspensiones de fibras modificando las redes de fibras y reduciendo el agua ligada. La deshidratación mejorada puede aumentar la eficiencia de la prensa y del alambre, reduciendo la demanda de energía térmica en las etapas posteriores de secado.
 

Energía de sonicación frente a tiempo de drenaje (en minutos) para la preparación de nanopapeles (correspondiente a la muestra CNF(1)LA).
100 J/ml de energía de sonicación corresponden a 100 segundos de sonicación, etc.
(Estudio e imagen: ©Sethi et al., 2018)

Aplicaciones de procesos adicionales

Además del tratamiento de fibras y agua, los ultrasonidos de potencia se utilizan para homogeneizar y dispersar lechadas de papel y aditivos. La homogeneización ultrasónica garantiza la distribución uniforme de cargas, pigmentos, polímeros y aditivos funcionales, mejorando la eficacia química y la consistencia del producto. Los ultrasonidos también se aplican en procesos de pulverización y revestimiento, en los que las boquillas ultrasónicas generan gotas finas y uniformes para una aplicación precisa de revestimientos, agentes de encolado o capas funcionales sobre la superficie del papel.

Integración en línea e implantación industrial

Una ventaja clave de la tecnología ultrasónica es que la mayoría de las aplicaciones pueden implementarse en línea, lo que permite a las fábricas adaptar reactores ultrasónicos a los bucles de proceso existentes sin necesidad de grandes rediseños. Los sistemas ultrasónicos de flujo continuo pueden escalarse linealmente y adaptarse a consistencias, caudales y objetivos de proceso específicos.
Con una selección e integración adecuadas del sistema, los ultrasonidos de potencia se convierten en una herramienta flexible de intensificación del proceso en lugar de un tratamiento independiente. Los proveedores de equipos como Hielscher Ultrasonics ayudan a las fábricas a seleccionar y configurar sistemas de ultrasonidos industriales adaptados a los retos específicos de la fabricación o el reciclaje de papel.

Mejore la calidad del papel y reduzca costes

Desde mejorar el desarrollo y la dispersión de las fibras hasta permitir un reciclado más limpio y un funcionamiento más estable de la parte húmeda, los ultrasonidos de potencia ofrecen una amplia gama de aplicaciones en las fábricas de papel. Su capacidad para mejorar los procesos físicos y químicos al tiempo que reduce el consumo de energía, agua y productos químicos hace de los ultrasonidos una tecnología cada vez más atractiva tanto para nuevas instalaciones como para modernizaciones. A medida que la sostenibilidad y la eficiencia siguen dando forma a la industria papelera, el procesamiento por ultrasonidos se posiciona como una solución práctica y escalable para la fabricación moderna de papel.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany

Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.

Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.