Nuevo Sensor láser que puede ahorrar en la industria de papel, laminados, y plás

Por: Dan Krotz, DAKrotz@lbl.gov Traducción al español por Iván Rodriguez director@envapack.com

Esperando ahorrar millones de dólares en costos energéticos, a la industria del papel y a otras industrias fabriles, el Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley (LBNL) y el Instituto de Ingenieros de la ciencia y de la tecnología (IPST)del Papel han desarrollado un sensor ultrasónico de láser capaz de medir la flexibilidad de papel durante corridas de producción en la prensa del molino, a velocidades de hasta 65 millas por hora (90 kph aprox).

Los investigadores principales del proyecto son Rick Russo (LBNL) y Chuck Habeger (IPST). Se están midiendo las características elásticas del papel a las velocidades de la fabricación sin contacto, y por medios no destructivos. Dijo Paul Ridgway de la división Tecnológica ambiental y de energía del laboratorio de Berkeley. Las pruebas exitosas llevadas a cabo son la primera etapa de unas pruebas mas completas previstas para el verano del 2003.

Durante las primeras pruebas experimentales Ridgway, Russo y los ingenieros de IPST probaron el sensor ultrasónico del láser en un molino de Mead Paper Company en Ohio. Instalaron el sensor en una máquina de capa de papel experimental y fabricaron seis grados diferentes de papel a través de la prensa, desde papel copia, hasta liner pesado para cartón, Las señales tomadas por el sensor seguían siendo excelentes incluso cuando se aceleró a velocidades de 5.000 pies por minuto, y el láser no dañó el papel. Los efectos de la humedad de los papeles, de la tensión, del peso de la base, y de la velocidad en las medidas también fueron examinados.

Las pruebas de Mead demostraron las ventajas de los instrumentos en una configuración industrial, ” Ridgway dice. ” es un paso de progreso exitoso en un medio ambiente muy duro como el presente en un molino de una máquina de fabricación de papel donde existe mucho calor, humedad, vibraciones, y desechos de fibras en el aire. ” El sensor es parte de las industrias del futuro, una investigación de colaboración y desarrollo entre el Ministerio de Energía, y la Oficina de Tecnologías Industriales (OIT) y varias industrias para mejorar energía y recursos.

Bajo este programa, la Asociación Americana del Bosque y del Papel creó la agenda 2020, que delimita las metas de la industria de los productos de bosque, y las prioridades de la investigación. Para entender cómo el sensor contribuye a esta iniciativa, considere cómo se testea o evalúa el papel durante su proceso de fabricación. Después de que este es manufacturado, una muestra pequeña de un rollo del papel de tres-toneladas es analizada manualmente para observar sus características mecánicas y de flexibilidad. Si la muestra no cumple con las especificaciones, el rollo entero se desecha o se vende como de grado inferior. Para evitar este costoso error, los fabricantes a menudo usan más pulpa de la necesaria para asegurarse que las especificaciones del producto final no son inferiores a las estipuladas normalmente. Esto consume no solamente más materias primas, sino que consume más energía: más pulpa usada por unidad de papel, y más calor que se requiere durante la fase de secamiento, tenga en cuenta que incluso en los molinos más eficientes se requiere una cantidad enorme de energía.

Ahora más que confíar en la evaluación de postproduction y esperar lo mejor, el equipo ha desarrollado un sensor que mide la flexibilidad durante la marcha, en tiempo real. También toma las medidas sin tocar el papel, una ventaja importante dado que a 30 metros por segundo el contacto más leve puede estropear grados ligeros de papel de copia y papel prensa. Esto representa una mejora desde los transductores de contacto, otra herramienta en tiempo real de evaluación de elasticidad de papel, pero que solo es aplicable a gramajes altos de papel. En términos reales, el sensor mide el tiempo que gastan las ondas expansivas ultrasónicas de propagación desde una punta del laser-inducida a la excitación de otro punto con otro sensor.

La velocidad con la cual el ultrasonido ha viajado desde la punta de la ablación a través del papel a la punta de la detección se relaciona teóricamente con dos características, rigidez de flexión y rigidez elástica del plano. Más específicamente, un haz láser de detección de un interferómetro comercialmente disponible de Mach-Zender se dirige hacia un espejo que rota rápidamente. Mientras que el espejo hace girar, el chorro láser se refleja en un modelo circular como la luz de un faro. Durante una porción de cada revolución, el haz de luz encuentra el papel mientras que corre a lo largo de la banda de producción y sigue tocando el papel hasta que el arco del chorro de luz sale del plano del papel. Piense en la luz de un faro que sigue momentáneamente un bote de carreras compitiendo con otro paralelo. Como el chorro de luz y el papel se están moviendo a la misma velocidad, sigue habiendo una luz de detección en la misma punta en el papel a través de su contacto abreviado. Un codificador óptico determina cuando el láser de detección es perpendicular al papel, en cuyo caso un circuito de retardo ajustable especialmente diseñado enciende el láser de neodymium-itrio-aluminio-granate. Este pulso de un nanosegundo hace una zona termal o una ablación microscópica en el papel, que es demasiado pequeña para estropear el papel o afectar la absorción de tinta, y es solamente bastante fuerte para enviar ondas expansivas ultrasónicas a través de la hoja. Las ondas propagan a través del papel hasta que son detectadas por el haz de luz láser de detección. Como el láser se sincroniza para encender solamente cuando la luz de detección es perpendicular al papel, la distancia entre la punta de la ablación y la punta de la detección se sabe, se calcula la velocidad de las ondas. Estas detecciones y el movimiento vibratorio son de tipo sinusoidal, por lo que pueden verse en un osciloscopio u otro tipo de pantalla fácil de ver.

Una prueba experimental a gama completa de este sensor ultrasónico está programada para el verano de 2003. En el futuro, este tipo de sensor podría proporcionar elementos de calidad-control y la información de proceso en tiempo real para el control del feedback en cualquier proceso de fabricación que implique bandas delgadas, hojas móviles de metales (foils), plásticos, materiales poliméricos, y cristales. El laboratorio de Berkeley es parte del Ministerio de Energía de los E.E.U.U. se encuentra en Berkeley, California: conduce investigación científica sin clasificar y es manejado por la Universidad de California.

Artículo original: envapack.com