O controle de umidade muda o jogo para onduladeiras
jul. 8, 2024
Um fator fundamental no controle automatizado de qualidade no processo de fabricação de papel é o controle de umidade. A Valmet trabalha com fabricantes de papel há décadas, desenvolvendo e aperfeiçoando a tecnologia de medição e sistemas de controle automatizados para manter os níveis de umidade dentro dos padrões. A maior rentabilidade e sustentabilidade que os fabricantes de papel beneficiam ao utilizar as soluções de automação da Valmet estão agora também disponíveis para a indústria de corrugados.
Compreender a origem dos problemas de produtividade
O processo de ondulação é normalmente controlado com temperatura. Isso é absolutamente necessário para a formação de ondas e colagem das faces, contudo, apesar do testemunho direto dos corrugadores em todo mundo, problemas como empenamento, colagem inadequada entre outros problemas ainda são frequentes.
A experiência da Valmet em processos de máquinas de papel mostrou que as medições de temperatura por si só não são suficientes para controlar processos baseados em fibra de madeira. Em particular, é principalmente a umidade e não a temperatura, que altera as dimensões das fibras.
As fibras de madeira incham e encolhem com o teor de umidade. Esta é a principal fonte de empenamento no papelão ondulado. A irregularidade de umidade entre as folhas de papel levam a diferentes taxas de contração, criando tensão e estresses nas camadas da chapa que causam flexão.
É comum não se notar nenhum resultado com mudança na temperatura, mas depois que você adiciona umidade à equação, fica clara a causa raiz dos problemas de qualidade observados no empilhador minutos depois.
Imagem: O nível de umidade pode mudar, principalmente durante emendas, mesmo que a temperatura permaneça estável.
Através de extensos testes e desenvolvimento, a Valmet também estabeleceu que existe uma correlação mensurável entre mudança de umidade e empenamento. Eles se alinham quase perfeitamente à medida que ocorre o enrolamento na produção de papel.
“Hoje, poucas empresas possuem a tecnologia para medir com precisão e confiabilidade a umidade em fibras de madeira”, afirma Aki Leiniäinen, Gerente Técnico de Vendas da Valmet Automation. “É ainda menor as que têm o conhecimento para usar as medições em algoritmos de controle. A Valmet combinou a aplicação de tecnologia avançada de medição de umidade e conhecimento líder mundial para corrugadores em uma solução completa de gerenciamento de umidade.”
Medir é saber
Medir a umidade em folhas à base de fibra é uma tarefa complicada. Para alcançar um alto grau de precisão e confiabilidade, é necessária tecnologia de sensores especializada. Uma vez capturados os valores corretos, é necessário um amplo conhecimento para interpretar o seu significado.
Imagem: Sistema de medição de umidade multiponto Valmet IQ em face única
No Sistema de Medição de Umidade Multiponto Valmet IQ, os sensores são posicionados após os pré-aquecedores e antes dos aplicadores de cola em cada folha de papel nos Formadores de Ondas e em cada camada antes da Coladeira. Uma localização adicional de medição está após a Forradeira, medindo a umidade final da chapa combinada, permitindo o controle pós de empenamento em conjunto com a medição online de empenamento.
Com dados de medição em tempo real, o sistema Valmet controla automaticamente os pré-aquecedores para manter a temperatura e a umidade nas faixas desejadas durante mudanças de velocidade e emendas nas trocas de bobinas.
Benefícios do controle de umidade
Os perfis de umidade e temperatura das bobinas de papel normalmente são bons quando saem diretamente da máquina de papel, ou seja, com a menor logística possível. Há umidade estável ao longo da bobina com uma curva de temperatura suave de fora para dentro. Este comportamento muda, porém, a partir de tudo o que acontece depois com a bobina, desde o transporte ao armazenamento.
Foto: Exemplo de comportamentos de umidade e temperatura em uma bobina de papel após logística.
Sem controle de umidade, os problemas que surgem da variação de umidade bobina a bobina e camada a camada não eram detectáveis até que o papelão ondulado já estivesse fabricado. Agora, com os controles preditivos da Valmet, as diferenças de umidade e temperatura que causavam empenamento e delaminação no produto final são eliminadas. A produção de corrugadores é muito mais sustentável, pois o desperdício é drasticamente reduzido.
A umidade do papel também afeta a forma como a cola penetra nas fibras. Uma vez implementado o controle de umidade, não há necessidade de adicionar cola extra para qualquer outra finalidade além da colagem. As corrugadoras podem usar consistentemente a quantidade mínima de cola necessária para a colagem, reduzindo o consumo de cola e energia e reduzindo ainda mais a variação de umidade após a Onduladeira, na conversão, causando pós-empenamento ou efeito “tanque de lavar-roupa”.
Tecnologia avançada feita sob medida para corrugadoras
A Medição Multiponto de Umidade Valmet IQ é uma solução avançada que utiliza tecnologia infravermelha para medir a umidade em até nove locais simultaneamente. A detecção de sinal de múltiplos comprimentos de onda com conjunto óptico sofisticado e de alta eficiência fornecem leituras precisas de umidade (e temperatura) em uma ampla variedade de posições de instalação.
Os sensores de medição de umidade são extremamente compactas, especialmente projetadas para se adaptarem aos ambientes restritos e severos das máquinas corrugadoras. Não há componentes eletrônicos na cabeça do sensor e um design especial de purga de ar mantém as cabeças do sensor limpas.
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Moisture measurement is part of a complete quality control system (QCS) Valmet has developed together with corrugated board manufacturers. The QCS combines precise online moisture, temperature and warp measurements with multivariable predictive algorithms. Multivariable controls combined with state-of-art water spray systems keep the process stable despite raw material changes and other disturbances. A medição de umidade faz parte de um sistema completo de controle de qualidade (QCS) que a Valmet desenvolveu em conjunto com fabricantes de papelão ondulado. O QCS combina medições on-line precisas de umidade, temperatura e empenamento da chapa com algoritmos preditivos multivariáveis. Controles multivariáveis combinados com sistemas de nebulização de água de última geração mantêm o processo estável, apesar das mudanças de matéria-prima e de outros distúrbios. |
Imagem: Toda a inteligência, incluindo a detecção de sinal das sondas, no gabinete do sistema |
Controles automatizados para performance ideal
Embora medições precisas e confiáveis sejam a base do controle de circuito fechado de umidade, a automação requer profunda percepção sobre o comportamento da fibra e da água. Décadas de experiência da Valmet nesta área são capturadas pelo Model Predictive Control (modelo de controle multi-preditivo), o cérebro do Valmet IQ.
Toda a inteligência de controle é realizada no sistema de automação Valmet DNA. A medição instantânea combinada com a análise preditiva permite resposta em tempo real a variações de umidade e temperatura. Quando os controles de umidade e temperatura de circuito fechado da direção da máquina estão ativados, praticamente não há variação.
Imagem: O controle IQWet-End (parte IQ elimina efetivamente a variação de umidade
Todas as grades de produção têm seus próprios parâmetros (targets) de umidade e temperatura que são armazenadas no banco de dados. Estes parâmetros são desenvolvidas em conjunto com o cliente, aproveitando a experiência da Valmet. Cada parâmetro depende não apenas das matérias-primas, mas também do tipo de máquina e do processo geral, incluindo o armazenamento específico de cada planta de produção.
Dados online para resultados reais e melhoria contínua
Com 90 anos de história produzindo papelão ondulado e embalagens, Adara Pakkaus Oy se perguntou se poderiam fazer melhor. “Não queríamos mais voar às cegas”, afirma Petteri Rekimies, Diretor de Produção da Adara com mais de 20 anos de experiência na indústria de papelão ondulado. “Não há dúvida de que a umidade e a temperatura variam nas matérias-primas após a logística e também durante os ciclos de secagem e reumidificação na corrugadora.”
Imagem: Dados medidos e coletados disponíveis para o cliente para melhorias adicionais
Mikko Järvinen, gerente de desenvolvimento da Adara, acrescenta: “No geral, precisávamos de dados on-line reais e medidos para ver o que acontece durante a produção, a fim de permitir a otimização e análises de causa raiz”.
“O tempo de reação às mudanças de matéria-prima durante a produção é muito rápido com medições e controle on-line”, continua Järvinen. “É muito melhor comparado a quando os operadores precisavam esperar até ver as folhas no empilhador para fazer as correções. É tarde demais quando a máquina já está cheia de qualidades indesejadas.”
Seu investimento no Valmet QCS já foi recompensado após um curto período. “Nosso nível de resíduos é agora o mais baixo de todos os tempos”, diz Rekimies. “Também sabemos que ainda podemos melhorar graças aos dados reais e medidos que temos do processo. A experiência da indústria papeleira tem demonstrado que apenas a temperatura não é suficiente para controlar o processo e melhorar continuamente a produtividade e a rentabilidade.”
Com os dados coletados, a Adara elimina suposições. Quando as decisões são baseadas em medições de produção, ações concretas podem ser tomadas para melhor atender a sua própria conversão e garantir que os clientes finais obtenham uma qualidade de caixa previsível.
Figura: Os dados de medição e ações de controle podem ser monitorados através da interface do usuário ou através de uma conexão remota.
“Nossos principais operadores têm hoje em dia muito mais tempo para usar em outras tarefas importantes além de monitorar as alterações de qualidade nas emendas, já que o sistema Valmet mantém as condições estáveis automaticamente. Os dados online de umidade e temperatura disponíveis durante todo o processo também permitem que os operadores sejam proativos em outras áreas que não eram possíveis antes”, afirma Rekimies.
