En el proceso de producción de las máquinas de papel, diversos rodillos desempeñan un papel indispensable, desde el escurrido de las bobinas húmedas hasta la formación de las bobinas secas. Como una de las tecnologías clave en el diseño de rodillos para máquinas de papel, la «corona» —a pesar de la aparente pequeña diferencia geométrica que implica— determina directamente la uniformidad y la estabilidad de la calidad del papel. Este artículo analizará exhaustivamente la tecnología de la corona de los rodillos de las máquinas de papel desde la perspectiva de su definición, principio de funcionamiento, clasificación, factores clave que influyen en su diseño y mantenimiento, revelando su importante valor en la producción de papel.

1. Definición de Crown: Función significativa en diferencias menores

El término «corona» se refiere específicamente a una estructura geométrica particular de los rodillos de las máquinas de papel a lo largo de su eje longitudinal. El diámetro de la zona central del rodillo es ligeramente mayor que el de los extremos, formando un contorno similar al de un tambor con cintura. Esta diferencia de diámetro se suele medir en micrómetros (μm), y el valor de la corona en algunos rodillos de prensa de gran tamaño puede llegar a alcanzar los 0,1-0,5 mm.

El indicador clave para medir el diseño de la corona es el «valor de la 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 consiste en preajustar esta pequeña diferencia de diámetro para compensar la deformación por «flecha central» 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 en todo el ancho de la superficie del rodillo y la banda de papel (u otros componentes en contacto), lo que sienta las bases para una calidad de papel óptima.

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

Durante el funcionamiento de los rodillos de la máquina de papel, la deformación es inevitable debido a las cargas mecánicas, los cambios de temperatura y otros factores. Sin un diseño de corona, esta deformación provoca una presión de contacto desigual entre la superficie del rodillo y la banda de papel —«mayor presión en los extremos y menor en el centro»—, lo que causa directamente graves problemas de calidad, como un gramaje desigual y una deshidratación irregular del papel. El valor fundamental de la corona reside en compensar activamente estas deformaciones, lo cual se refleja específicamente en los siguientes aspectos:

2.1 Compensación de la deformación por flexión de los rodillos

Cuando los rodillos centrales de las máquinas de papel, como los rodillos de presión y los rodillos de calandrado, están en funcionamiento, ejercen una presión considerable sobre la banda de papel. Por ejemplo, la presión lineal de los rodillos de presión puede alcanzar entre 100 y 500 kN/m. En el caso de rodillos con una gran relación longitud/diámetro (por ejemplo, la longitud de los rodillos de presión en las máquinas de papel de gran ancho puede ser de 8 a 12 metros), se produce una deformación elástica por flexión hacia abajo en el centro bajo presión, similar a la flexión de un poste 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 en exceso en ambos extremos (lo que resulta en un alto grado de sequedad y un bajo gramaje) y se deshidrata insuficientemente en el centro (lo que resulta en un bajo grado de sequedad y un alto gramaje).

Sin embargo, la estructura cilíndrica del diseño de la corona garantiza que, tras la flexión del rodillo, toda su superficie permanezca en contacto paralelo con la banda de papel, logrando una distribución uniforme de la presión. Esto contrarresta eficazmente los riesgos de calidad derivados de la deformación por flexión.

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 dilatación térmica durante su funcionamiento debido al contacto con las bandas de papel a alta temperatura y el 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 rápidamente), su dilatación térmica es mayor que la de los extremos, lo que provoca una deformación en la parte central del cuerpo del rodillo. En este caso, el uso de un diseño de corona convencional agravaría la presión de contacto desigual. Por lo tanto, es necesario diseñar una «corona negativa» (donde el diámetro de la parte central es ligeramente menor que el de los extremos, también conocida como «corona inversa») para compensar la deformación adicional causada por la dilatación térmica, garantizando así una presión de contacto uniforme en la superficie del rodillo.

2.3 Compensación del desgaste irregular 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 contener impurezas), lo que provoca un desgaste más rápido en los extremos que en el centro. Sin un diseño de corona, la superficie del rodillo presentará 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 etapa inicial del desgaste, prolongando su vida útil y reduciendo 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, la corona se puede clasificar en varios tipos. Los diferentes tipos de corona 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 mayor sea la longitud 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 gran ancho 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 su rigidez y mayor su propensión a la deformación bajo presión. Por lo tanto, se requiere un mayor valor de corona. En cambio, los rodillos de mayor diámetro presentan mayor rigidez, lo que permite reducir el valor de corona adecuadamente.
3. Rigidez del materialLos distintos materiales de los cuerpos de los rodillos presentan diferentes rigideces; por ejemplo, los rodillos de acero tienen una rigidez mucho mayor que los de hierro fundido. Los materiales con menor rigidez se deforman más significativamente bajo presión, lo que requiere un mayor valor de corona.

4.2 Presión de funcionamiento (presión lineal)

La presión de operación (presión lineal) de rodillos como los de prensa y calandra es un factor importante que influye en el diseño de la corona. Cuanto mayor sea la presión lineal, mayor será la deformación por flexión del cuerpo del rodillo, y el valor de la corona deberá incrementarse en consecuencia para compensar dicha deformación. Esta relación se puede expresar 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 de elasticidad 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, cuya presión lineal es menor.

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 un sistema de «corona controlable» para compensar en tiempo real la deformación dinámica y garantizar una presión estable.
2. Tipo de papelLos distintos tipos de papel presentan diferentes requisitos de uniformidad de presión. El papel tisú (por ejemplo, el 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 exige un diseño de corona de alta precisión. En cambio, el papel grueso (por ejemplo, el cartón con un gramaje de 150-400 g/m²) soporta mejor las fluctuaciones de presión, por lo que los requisitos de precisión de la corona pueden reducirse considerablemente.

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

Un diseño inadecuado de la corona o un mantenimiento incorrecto afectarán directamente la calidad del papel y provocarán una serie de problemas de producción. Los problemas comunes de la corona y sus correspondientes contramedidas son los siguientes:

5.1 Valor de la corona excesivamente alto

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

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

5.2 Valor de la corona excesivamente pequeño

Un valor de corona excesivamente pequeño produce una presión insuficiente en el centro de la superficie del rodillo, lo que conlleva una deshidratación inadecuada del papel en el centro, baja sequedad, alto gramaje y defectos de calidad como manchas húmedas. Asimismo, puede afectar la eficacia 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 controlable, se puede aumentar la presión hidráulica o neumática para elevar el valor de la corona, asegurando que la presión en el centro cumpla con los requisitos del proceso.

5.3 Desgaste irregular del contorno de la corona

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

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

6. Conclusión

La corona de los rodillos de las máquinas de papel, una tecnología aparentemente sutil pero crucial, es fundamental para garantizar una calidad uniforme del papel. Desde la corona fija en máquinas de baja velocidad hasta la corona controlable en máquinas de alta velocidad y gran ancho, el desarrollo continuo de esta tecnología 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 producción de papel. Un diseño adecuado de la corona no solo resuelve problemas de calidad como el gramaje desigual y el deshidratado deficiente, sino que también mejora la eficiencia operativa de las máquinas (reduciendo las roturas de papel) y el consumo energético (evitando el secado excesivo). Constituye un soporte técnico clave e indispensable para el desarrollo de la industria papelera hacia la alta calidad, la alta eficiencia y el bajo consumo energético. En la producción de papel del futuro, con la mejora continua de la precisión de los equipos y la optimización constante de los procesos, la tecnología de la corona se volverá más refinada e inteligente, contribuyendo aún más al desarrollo de alta calidad de la industria papelera.