En el proceso de producción de máquinas papeleras, diversos rodillos desempeñan un papel indispensable, desde la deshidratación de las bandas de papel húmedas hasta la configuración de las bandas de papel secas. Como una de las tecnologías clave en el diseño de rodillos para máquinas papeleras, la "corona", a pesar de su aparente leve diferencia geométrica, determina directamente la uniformidad y estabilidad de la calidad del papel. Este artículo analizará exhaustivamente la tecnología de corona de los rodillos para máquinas papeleras desde su definición, principio de funcionamiento, clasificación, factores clave que influyen en el diseño y mantenimiento, revelando su importante valor en la producción de papel.

1. Definición de Corona: Función significativa en pequeñas diferencias

El término "corona" (en español, "Crown") se refiere específicamente a una estructura geométrica especial de los rodillos de las máquinas papeleras a lo largo del eje (longitudinal). El diámetro de la zona media del cuerpo del rodillo es ligeramente mayor que el de las zonas extremas, formando un contorno similar al de un tambor de cintura. Esta diferencia de diámetro se mide generalmente en micrómetros (μm), y el valor de la corona en algunos rodillos de prensa grandes puede incluso alcanzar entre 0,1 y 0,5 mm.

El indicador principal para medir el diseño de la corona es el "valor de corona", que se calcula como la diferencia entre el diámetro máximo del cuerpo del rodillo (generalmente en el punto medio de la dirección axial) y el diámetro de los extremos del rodillo. En esencia, el diseño de la corona implica preajustar esta pequeña diferencia de diámetro para compensar la deformación por "flecha media" del rodillo causada por factores como la fuerza y ​​los cambios de temperatura durante el funcionamiento. En definitiva, se logra una distribución uniforme de la presión de contacto a lo largo de todo el ancho de la superficie del rodillo y la banda de papel (u otros componentes de contacto), sentando las bases para una calidad de papel sólida.

2. Funciones principales de la corona: Compensar la deformación y mantener una presión uniforme

Durante el funcionamiento de los rodillos de las máquinas papeleras, la deformación es inevitable debido a cargas mecánicas, cambios de temperatura y otros factores. Sin un diseño de corona, esta deformación provocará una presión de contacto desigual entre la superficie del rodillo y la banda de papel (mayor presión en ambos extremos y menor presión en el centro), lo que causa directamente graves problemas de calidad, como un gramaje desigual y una deshidratación desigual del papel. La principal ventaja de la corona reside en compensar activamente estas deformaciones, lo que se refleja específicamente en los siguientes aspectos:

2.1 Compensación de la deformación por flexión del rodillo

Cuando los rodillos centrales de las máquinas papeleras, como los rodillos de prensa y los rodillos de calandrado, están en funcionamiento, deben aplicar una presión significativa a la banda de papel. Por ejemplo, la presión lineal de los rodillos de prensa puede alcanzar los 100-500 kN/m. En el caso de rodillos con una gran relación longitud-diámetro (p. ej., la longitud de los rodillos de prensa en máquinas papeleras de gran ancho puede ser de 8-12 metros), se produce una deformación elástica de flexión descendente en el centro bajo presión, similar a una "flexión del poste del hombro bajo carga". Esta deformación provoca una presión de contacto excesiva entre los extremos del rodillo y la banda de papel, mientras que la presión en el centro es insuficiente. En consecuencia, la banda de papel se deshidrata excesivamente en ambos extremos (lo que resulta en una alta sequedad y un bajo gramaje) y se deshidrata insuficientemente en el centro (lo que resulta en una baja sequedad y un alto gramaje).

Sin embargo, la estructura en forma de tambor del diseño de corona garantiza que, tras doblarse el rodillo, toda su superficie permanezca en contacto paralelo con la banda de papel, logrando una distribución uniforme de la presión. Esto soluciona eficazmente los riesgos de calidad causados ​​por la deformación por doblado.

2.2 Compensación de la deformación térmica del rodillo

Algunos rodillos, como los rodillos guía y los rodillos de calandrado en la sección de secado, experimentan expansión térmica durante el funcionamiento debido al contacto con las bandas de papel a alta temperatura y al calentamiento por vapor. Dado que la parte central del cuerpo del rodillo se calienta más (los extremos están conectados a cojinetes y disipan el calor más rápido), su expansión térmica es mayor que la de los extremos, lo que provoca una "protuberancia central" en el cuerpo del rodillo. En este caso, el uso de un diseño de corona convencional agravará la presión de contacto desigual. Por lo tanto, se debe diseñar una "corona negativa" (donde el diámetro de la parte central es ligeramente menor que el de los extremos, también conocida como "corona invertida") para compensar la protuberancia adicional causada por la expansión térmica, asegurando una presión de contacto uniforme en la superficie del rodillo.

2.3 Compensación del desgaste desigual de la superficie del rodillo

Durante el funcionamiento prolongado, algunos rodillos (como los de caucho para prensas) experimentan mayor fricción en los bordes de la banda de papel (ya que estos tienden a acumular impurezas), lo que provoca un desgaste más rápido en los extremos que en el centro. Sin un diseño de corona, la superficie del rodillo mostrará una protuberancia en el centro y una comba en los extremos tras el desgaste, lo que a su vez afecta la distribución de la presión. Al preajustar la corona, se puede mantener la uniformidad del contorno de la superficie del rodillo en la fase inicial de desgaste, lo que prolonga su vida útil y reduce las fluctuaciones de producción causadas por el desgaste.

3. Clasificación de la Corona: Opciones Técnicas Adaptadas a Diferentes Condiciones de Trabajo

Según el tipo de máquina de papel (baja/alta velocidad, ancho estrecho/ancho ancho), la función del rodillo (prensado/calandrado/guiado) y los requisitos del proceso, las coronas se pueden clasificar en varios tipos. Los diferentes tipos de coronas difieren en sus características de diseño, métodos de ajuste y escenarios de aplicación, como se detalla en la siguiente tabla:

4. Factores clave que influyen en el diseño de coronas: Cálculo preciso para adaptarse a los requisitos de producción

El valor de la corona no se establece arbitrariamente; debe calcularse exhaustivamente en función de los parámetros del rodillo y las condiciones del proceso para garantizar su funcionamiento eficaz. Los factores clave que influyen en el diseño de la corona incluyen principalmente los siguientes aspectos:

4.1 Dimensiones y material del rollo

1. Longitud del cuerpo del rollo (L)Cuanto más largo sea el cuerpo del rollo, mayor será la deformación por flexión bajo la misma presión y, por lo tanto, mayor será el valor de corona requerido. Por ejemplo, los rollos largos en máquinas de papel de ancho amplio requieren un valor de corona mayor que los rollos cortos en máquinas de papel de ancho estrecho para compensar la deformación.
2. Diámetro del cuerpo del rodillo (D)Cuanto menor sea el diámetro del cuerpo del rodillo, menor será la rigidez y mayor será la propensión del rodillo a deformarse bajo presión. Por lo tanto, se requiere un valor de corona mayor. Por el contrario, los rodillos con un diámetro mayor presentan mayor rigidez, por lo que el valor de corona puede reducirse adecuadamente.
3. Rigidez del materialLos diferentes materiales de los cuerpos de los rodillos presentan diferentes rigideces; por ejemplo, los rodillos de acero presentan una rigidez mucho mayor que los de hierro fundido. Los materiales con menor rigidez presentan una deformación más significativa bajo presión, lo que requiere un valor de corona mayor.

4.2 Presión de funcionamiento (presión lineal)

La presión de operación (presión lineal) de rodillos como rodillos de prensa y rodillos de calandrado es un factor importante que influye en el diseño de la corona. Cuanto mayor sea la presión lineal, más significativa será la deformación por flexión del cuerpo del rodillo, y el valor de la corona debe aumentarse en consecuencia para compensar la deformación. Su relación puede expresarse aproximadamente mediante la fórmula simplificada: Valor de la Corona H ≈ (P×L³)/(48×E×I), donde P es la presión lineal, L es la longitud del rodillo, E es el módulo elástico del material e I es el momento de inercia de la sección transversal del rodillo. Por ejemplo, la presión lineal de los rodillos de prensa para papel de embalaje suele ser superior a 300 kN/m, por lo que el valor de la corona correspondiente debe ser mayor que el de los rodillos de prensa para papel cultural con menor presión lineal.

4.3 Velocidad de la máquina y tipo de papel

1. Velocidad de la máquinaCuando las máquinas de papel de alta velocidad (velocidad > 1200 m/min) están en funcionamiento, la banda de papel es mucho más sensible a la uniformidad de la presión que en las máquinas de baja velocidad. Incluso pequeñas fluctuaciones de presión pueden causar defectos en la calidad del papel. Por lo tanto, las máquinas de papel de alta velocidad suelen incorporar una "corona controlable" para compensar la deformación dinámica en tiempo real y garantizar una presión estable.
2. Tipo de papelLos distintos tipos de papel tienen diferentes requisitos de uniformidad de presión. El papel tisú (p. ej., papel higiénico con un gramaje de 10-20 g/m²) tiene un gramaje bajo y es extremadamente sensible a las fluctuaciones de presión, lo que requiere un diseño de corona de alta precisión. Por el contrario, el papel grueso (p. ej., cartón con un gramaje de 150-400 g/m²) soporta mejor las fluctuaciones de presión, por lo que los requisitos de precisión de corona se pueden reducir considerablemente.

5. Problemas comunes de la corona y mantenimiento: Inspección oportuna para garantizar una producción estable

Un diseño de corona inadecuado o un mantenimiento inadecuado afectarán directamente la calidad del papel y causarán diversos problemas de producción. Los problemas comunes de la corona y sus correspondientes soluciones son los siguientes:

5.1 Valor de la corona excesivamente grande

Un valor de corona excesivamente alto genera una presión excesiva en el centro de la superficie del rollo, lo que resulta en un gramaje bajo y una alta sequedad del papel en la zona central. En casos graves, puede incluso causar aplastamiento (rotura de la fibra), lo que afecta la resistencia y la apariencia del papel.

ContramedidasEn el caso de rodillos de corona fija utilizados en máquinas de papel de baja velocidad, es necesario sustituirlos por rodillos con una corona de valor adecuado. En el caso de rodillos de corona controlables en máquinas de papel de alta velocidad, se puede reducir la presión hidráulica o neumática mediante el sistema de corona controlable para disminuir la corona de valor hasta que la distribución de la presión sea uniforme.

5.2 Valor de la corona excesivamente pequeño

Un valor de corona demasiado bajo provoca una presión insuficiente en el centro de la superficie del rodillo, lo que provoca una deshidratación inadecuada del papel en el centro, baja sequedad, un gramaje elevado y defectos de calidad como "manchas de humedad". Además, puede afectar la eficiencia del proceso de secado posterior.

ContramedidasEn el caso de rodillos de corona fija, es necesario reprocesar el cuerpo del rodillo para aumentar el valor de la corona. En el caso de rodillos de corona controlables, se puede aumentar la presión hidráulica o neumática para elevar el valor de la corona, garantizando así que la presión en el centro cumpla con los requisitos del proceso.

5.3 Desgaste desigual del contorno de la corona

Tras un uso prolongado, la superficie del rodillo se desgasta. Si el desgaste es desigual, el contorno de la corona se deforma y aparecen manchas irregulares en la superficie del rodillo. Esto provoca defectos como rayas y hendiduras en el papel, lo que afecta gravemente su calidad.

ContramedidasInspeccione periódicamente la superficie del rodillo. Cuando el desgaste alcance cierto nivel, esmerile y repare la superficie del rodillo a tiempo (por ejemplo, reafilando el contorno de la corona de los rodillos de goma de la prensa) para restaurar su forma y tamaño normales y evitar que el desgaste excesivo afecte la producción.

6. Conclusión

Como una tecnología aparentemente sutil pero crucial, la corona de los rodillos de las máquinas papeleras es fundamental para garantizar una calidad uniforme del papel. Desde la corona fija en máquinas papeleras de baja velocidad hasta la corona controlable en máquinas papeleras de alta velocidad y gran ancho, el desarrollo continuo de la tecnología de coronas se ha centrado siempre en el objetivo principal de compensar la deformación y lograr una presión uniforme, adaptándose a las necesidades de las diferentes condiciones de trabajo en la fabricación de papel. Un diseño de corona razonable no solo soluciona problemas de calidad como el gramaje desigual del papel y la deshidratación deficiente, sino que también mejora la eficiencia operativa de las máquinas papeleras (reduciendo el número de roturas del papel) y reduce el consumo de energía (evitando el secado excesivo). Es un soporte técnico clave e indispensable en el desarrollo de la industria papelera hacia una alta calidad, alta eficiencia y bajo consumo energético. En la producción papelera del futuro, con la mejora continua de la precisión de los equipos y la optimización continua de los procesos, la tecnología de coronas se volverá más refinada e inteligente, contribuyendo aún más al desarrollo de alta calidad de la industria papelera.