51
2.4
– Sistemi complementari di asciugatura
L’asciugatura della carta in una seccheria pluricilindrica viene affidata, solitamente, all’azione dei cilindri essiccatori (conduzione) ed all’azione dei ventilatori e delle cappe aspiranti (convezione). Negli ultimi decenni, però, sono stati condotti innumerevoli studi su soluzioni che fossero il più possibile alternative al vapore ed alla ventilazione; ne sono esempi i metodi di essiccamento:
a microonde ad induzione ad impulsi ad infrarossi (IR) processo Condebelt
I costi di investimento ancora troppo elevati, hanno fortemente limitato la realizzazione su scala industriale di queste soluzioni, le quali rimangono, per la maggior parte, impianti pilota; soltanto il metodo ad infrarossi ed il Condebelt hanno trovato impiego nel processo di fabbricazione della carta, a complemento della seccheria pluricilindrica, per alcune specifiche funzioni.
2.4.1 – Asciugatura ad infrarossi (IR)
La soluzione ad infrarossi è usata, generalmente, per correggere il profilo di umidità del foglio: nella prima parte della seccheria pluricilindrica, in particolare nella produzione dei cartoni dopo la seccheria pluricilindrica (più frequente), appena terminata la patinatura [Glossario]
Figura 44 – “Radiatori IR in opera”
Questa tecnologia consente di riscaldare il nastro di carta tramite irraggiamento: il trasferimento di calore avviene mediante onde elettromagnetiche (raggi infrarossi), senza contatto diretto tra i corpi (al contrario della conduzione) e non necessita di un mezzo per la propagazione (al contrario della
52 convezione). I radiatori IR sono dotati di “elementi riscaldanti” (ad esempio resistenze elettriche) che trasformano l’energia di alimentazione (corrente elettrica o gas) in calore, il quale viene poi trasmesso dalla superficie radiante sotto forma di emissione elettromagnetica IR (compresa tra lo spettro della luce visibile e le microonde; lunghezza d’onda circa 1µm<λ<100µm: distanza tra 2 creste, o ventri, dell’onda).
Figura 45 – “Spettro elettromagnetico”
Il processo di asciugatura ha inizio quando i raggi infrarossi colpiscono la faccia esterna del nastro e, riscaldandola, favoriscono l’evaporazione del sottile film d’acqua superficiale; una parte dei raggi viene assorbita dal foglio, una parte riflessa ed una parte trasmessa, in funzione delle proprietà della carta. Riscaldata la superficie, il trasferimento di calore prosegue all’interno del nastro per conduzione e gran parte dell’umidità residua viene così allontanata.
Figura 46 – “Irraggiamento del foglio di carta”
I vantaggi offerti dalla soluzione ad infrarossi risultano essere: aumento del grado di secco, migliore qualità della carta, incremento della produttività, ingombro limitato, bassi costi energetici e di manutenzione; di contro, gli svantaggi che ne frenano un largo impiego nell’industria cartaria (oltre ai costi di investimento) sono essenzialmente: l’elevato rischio di incendio ed i lunghi tempi di risposta (raggiungimento della temperatura di regime).
53
2.4.2 – Processo Condebelt
Il processo Condebelt viene utilizzato per l’asciugatura della carta e, principalmente, del cartone. Il foglio viene fatto passare tra 2 nastri di acciaio: uno superiore riscaldato a vapore ed uno inferiore raffreddato ad acqua; il nastro superiore (caldo) fa evaporare l’umidità posseduta dalla carta, dopodichè l’evaporato si ricondensa sul nastro inferiore (freddo) e sulla tela grezza (ad esso
sottostante), dai quali viene successivamente rimosso. Le dure condizioni di essiccamento e l’assenza di aria tra i due nastri d’acciaio fanno sì che la pressione agente sul foglio vari da 2 a 10 bar (solitamente è di 2-5 bar).
Figura 47 – “Schema del Condebelt (ad alta pressione)”
La superficie della carta a contatto col nastro d’acciaio superiore (caldo) diventa molto liscia, mentre la tela fine (posta tra carta e tela grezza) ha lo scopo di attenuare le marcature prodotte, sul lato inferiore del foglio, dalla tela grezza. Alte temperature, pressioni elevate e lungo tempo di sosta della carta tra i nastri d’acciaio contribuiscono ad ammorbidire l’impasto, a schiacciare e saldare assieme le fibre e, quindi, a rendere il foglio più “denso”.
Figura 48 – “a: fibre asciugate tradizionalmente - b: fibre asciugate con Condebelt”
In una seccheria pluricilindrica, il Condebelt viene generalmente collocato nella zona centrale: prima devono essere previsti dei cilindri essiccatori che garantiscano un grado di secco ottimale in
54 ingresso (circa il 50%), al fine di raggiungere eccellenti proprietà della carta; i cilindri che seguono il Condebelt hanno, invece, il compito di “controllare” gli accorciamenti del foglio mediante piccole variazioni delle velocità di rotazione e delle temperature di riscaldamento.
Figura 49 – “a: seccheria pluricilindrica tradizionale - b: seccheria pluricilindrica dotata di Condebelt”
Rispetto all’asciugatura in una tradizionale seccheria pluricilindrica, l’utilizzo del processo Condebelt consente di ottenere i seguenti vantaggi:
miglioramento delle proprietà meccaniche (del 20-60%) aumento del liscio superficiale
migliore stabilità dimensionale
maggiore resistenza all’umidità (esempio: scatole di cartone asciugate con Condebelt resistono meglio all’umidità ambientale, mantenendo più a lungo le loro dimensioni, rispetto a scatole tradizionali)
Drying Rate più alto grazie a: - bassa resistenza termica del nastro in acciaio caldo
- ottimo contatto termico foglio-nastro, dovuto alla pressione - foglio più “denso” → maggiore conduttività termica
- efficace raffreddamento con acqua
(quando il grado di secco nel foglio è particolarmente elevato, il Drying Rate diminuisce notevolmente, rimanendo però sempre maggiore di quello relativo ad una classica seccheria pluricilindrica)
Nonostante il consumo specifico di energia elettrica e vapore risulti pressoché uguale a quello di un impianto tradizionale, l’impiego del Condebelt può portare risparmi di energia termica in seccheria: quasi tutto il calore latente dell’evaporato, infatti, viene recuperato dall’acqua di raffreddamento ad una temperatura abbastanza elevata (di solito ≈80°C) e destinato poi ad altre parti della seccheria pluricilindrica. Tuttavia, i costi di investimento ancora eccessivi limitano l’impiego del processo Condebelt alle sole produzioni dove è richiesta un’alta qualità del foglio.
