Ultrasonidos en la fabricación de papel

Los ultrasonidos de potencia se han consolidado como una tecnología de proceso versátil y energéticamente eficiente en las fábricas de papel modernas. Al introducir ondas ultrasónicas de alta intensidad en sistemas líquidos o suspensiones, las fábricas pueden aprovechar los efectos de la cavitación –la formación y el colapso de burbujas microscópicas– para mejorar la mezcla, la transferencia de masa, la modificación de las fibras y la eliminación de contaminantes. Ante la creciente presión para reducir el uso de energía, el consumo de agua y las necesidades de productos químicos tanto en la producción de fibras vírgenes como en el procesamiento de papel reciclado, la tecnología ultrasónica ofrece un conjunto de soluciones en línea de gran interés, listas para integrarse en instalaciones existentes.

Ultrasonidos en la fabricación de papel

En la fabricación de papel, los sistemas ultrasónicos se utilizan principalmente para mejorar la calidad de la pasta, las prestaciones de las fibras y la estabilidad del proceso. Una aplicación importante es la desgasificación de las suspensiones de pasta. El aire incorporado en la pasta puede provocar marcas de agua, vetas y defectos de formación que reducen directamente la calidad del papel. La desgasificación ultrasónica elimina eficazmente los gases disueltos e incorporados en las suspensiones de pasta, estabiliza la parte húmeda y ayuda a prevenir defectos visuales sin añadir productos químicos.
Otra aplicación importante es la mejora de la fibrilación de las fibras. Los ultrasonidos de potencia favorecen la fibrilación externa e interna de las fibras de la pasta al generar, mediante cavitación, intensas fuerzas de cizallamiento localizadas. Esto puede sustituir parcialmente o mejorar las etapas convencionales de batido y refino. En comparación con el refino mecánico por sí solo, el tratamiento ultrasónico permite lograr un desarrollo de las fibras similar o superior con un menor consumo de energía. La resistencia de las fibras se mantiene e incluso mejora en algunos casos, ya que los ultrasonidos favorecen una fibrilación controlada en lugar de un corte excesivo de las fibras. La energía ultrasónica también puede facilitar las reacciones químicas asociadas a la modificación de las fibras, como los procesos de oxidación o blanqueo, y mejorar la eficiencia y la uniformidad de las reacciones.

Los ultrasonidos también pueden contribuir a la desintegración de la pasta, tanto durante la transformación de astillas de madera en pasta como durante el repulpado del papel recuperado. La cavitación acelera la separación de las fibras y debilita las uniones entre fibras, cargas, tintas y recubrimientos, lo que mejora la eficiencia de la preparación de la pasta y reduce el tiempo de procesamiento.

Sonicación en la parte húmeda

En las operaciones de fabricación de papel se reconoce cada vez más que las mejoras en el rendimiento de la parte húmeda dependen más de la eficiencia en el aprovechamiento de los productos químicos que de un aumento de las dosis de aditivos. Por ello, la dispersión ultrasónica está despertando interés como tecnología de proceso avanzada para la activación y la homogeneización controladas de los aditivos de la parte húmeda antes de incorporarlos a la pasta. Los ultrasonidos de alta potencia generan fuerzas de cizallamiento inducidas por cavitación que desaglomeran las partículas y favorecen la dispersión uniforme de polímeros, cargas y emulsiones en las corrientes de proceso en línea. Esta mejora de la dispersión da lugar a interacciones más predecibles entre los productos químicos y las fibras, mejora la retención y la formación de la hoja y aumenta la estabilidad del proceso, al tiempo que reduce las necesidades globales de productos químicos y el consumo de energía. Gracias a su escalabilidad lineal y a la disponibilidad de sistemas de sonicación industriales de Hielscher Ultrasonics, la dispersión ultrasónica ha pasado de los estudios a escala de laboratorio a la implementación a escala industrial como estrategia técnicamente sólida y económicamente viable para optimizar la parte húmeda.

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Ultrasonidos en el reciclaje de papel

En las aplicaciones de reciclaje, los ultrasonidos de potencia permiten abordar algunos de los retos más persistentes del procesamiento de fibras recuperadas. Uno de sus usos principales es la limpieza de las fibras y la eliminación de contaminantes. La cavitación ultrasónica ayuda a desprender suciedad, aceites, tintas de impresión, colorantes y residuos de lacas de las superficies de las fibras. En las operaciones de destintado, los ultrasonidos mejoran el desprendimiento y la dispersión de las partículas de tinta, aumentan la eficiencia de la flotación o del lavado y permiten alcanzar mayores niveles de blancura con un menor aporte de productos químicos.
Los ultrasonidos también contribuyen a reducir la carga microbiana en los sistemas de aguas blancas. Al romper mecánicamente las células microbianas y las biopelículas, el tratamiento ultrasónico puede disminuir la carga microbiana sin depender exclusivamente de los biocidas. Esto favorece unos circuitos de agua de proceso más limpios y puede reducir los olores, la formación de depósitos mucilaginosos y los riesgos de bioincrustación.
Otra aplicación importante relacionada con el reciclaje es la deshidratación. La energía ultrasónica puede mejorar las características de drenaje de las suspensiones de fibras al modificar las redes de fibras y reducir el agua ligada. Una mejor deshidratación puede aumentar la eficiencia de las prensas y de la tela de formación, lo que reduce la demanda de energía térmica en las etapas posteriores de secado.
 

Energía de sonicación frente al tiempo de drenaje (en minutos) para la preparación de nanopapel (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)

Otras aplicaciones de proceso

Además del tratamiento de las fibras y del agua, los ultrasonidos de potencia se utilizan para homogeneizar y dispersar suspensiones de pasta papelera y aditivos. La homogeneización ultrasónica garantiza una distribución uniforme de cargas, pigmentos, polímeros y aditivos funcionales, lo que mejora la eficiencia de los productos químicos y la uniformidad del producto. Los ultrasonidos también se aplican en procesos de pulverización y recubrimiento, en los que las boquillas ultrasónicas generan gotas finas y uniformes para aplicar con precisión recubrimientos, agentes de encolado o capas funcionales sobre las superficies del papel.

Integración en línea e implementación industrial

Una ventaja fundamental de la tecnología ultrasónica es que la mayoría de las aplicaciones pueden implementarse en línea, lo que permite a las fábricas incorporar reactores ultrasónicos a los circuitos de proceso existentes sin necesidad de rediseños importantes. 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 de procesos, en lugar de un tratamiento independiente. Los proveedores de equipos, como Hielscher Ultrasonics, ayudan a las fábricas a seleccionar y configurar sistemas ultrasónicos industriales adaptados a retos específicos de fabricación o reciclaje de papel.

Mejore la calidad del papel y reduzca los costes

Desde la mejora del desarrollo y la dispersión de las fibras hasta un reciclaje más limpio y un funcionamiento más estable de la parte húmeda, los ultrasonidos de potencia ofrecen una amplia variedad de aplicaciones en las fábricas de papel. Su capacidad para mejorar los procesos físicos y químicos y, al mismo tiempo, reducir el consumo de energía, agua y productos químicos convierte a los ultrasonidos en una tecnología cada vez más atractiva tanto para nuevas instalaciones como para la modernización de las existentes. A medida que la sostenibilidad y la eficiencia siguen marcando el rumbo de la industria papelera, el procesamiento ultrasónico se posiciona como una solución práctica y escalable para la fabricación moderna de papel.

La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros ultrasonicadores:

Diseño, fabricación y asesoramiento – Calidad fabricada en Alemania

Los ultrasonicadores Hielscher son conocidos por sus máximos estándares de calidad y diseño. Su robustez y facilidad de uso permiten integrar nuestros ultrasonicadores sin dificultades en instalaciones industriales. Los ultrasonicadores Hielscher soportan con facilidad condiciones adversas y entornos exigentes.

Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y presta especial atención a los ultrasonicadores de alto rendimiento que combinan tecnología de vanguardia y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonicadores Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.