Sven Schuffenhauer
técnico responsable del departamento de telas no tejidas y reciclaje, STFI
Instituto Sajón de Investigación Textil: Limpieza eficaz y no destructiva de adherencias de polímeros en cintas de malla tejida
En resumen
En los sistemas spunbond, las gotas de polímero se adhieren a las cintas de poliéster, y el método tradicional de limpieza manual las dañaba y obligaba a desmontarlas. El instituto STFI buscaba una solución no destructiva que permitiera limpiarlas directamente en la máquina. Tras descartar otros sistemas ineficaces o agresivos, implementaron la tecnología i³ MicroClean DX® de Cold Jet. Este sistema tritura el hielo seco en micropartículas que eliminan el polímero mediante choque térmico. El resultado fue una limpieza rápida, suave y eficiente que no daña el tejido y ahorra energía.
¿Qué problema tenían con la limpieza?
¿En qué situación se encontraban?
En los sistemas de spunbond, se utilizan cintas de malla tejidas a base de poliéster para el depósito de filamentos. Tanto durante la puesta en marcha de la planta como durante la producción, es inevitable que los filamentos se rompan y se adhieran en forma de gotas a la cinta de alambre. Durante el mantenimiento y los paros, estas gotas de polímero deben eliminarse de la cinta de malla para no deteriorar de forma permanente la calidad del tejido no tejido.
Actualmente, esto se realiza mediante un proceso muy manual y laborioso, utilizando herramientas como espátulas y Scotch-Brite. El polímero se ablanda con aire caliente y se retira con unos alicates especiales. A pesar de las precauciones, se producen daños en la estructura de la banda. A menudo, las bandas de malla, que pueden alcanzar hasta 5,40 m de ancho, se retiran, lo que aumenta el riesgo de daños adicionales y contaminación.
El Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (Instituto Sajón de Investigación Textil, abreviado: STFI) es un instituto de investigación sin ánimo de lucro del Estado Libre de Sajonia (Alemania), comprometido con las tradiciones de larga data de la investigación textil sajona. Su labor de I+D relacionada con procesos y productos refleja tanto las tecnologías textiles clásicas como soluciones innovadoras y poco convencionales para la más amplia gama de aplicaciones. Para ello, se fomenta un intercambio dinámico con empresas e institutos de investigación tanto en Alemania como en el extranjero. Se presta apoyo a las empresas del sector textil gracias a los conocimientos técnicos disponibles y a una intensa transferencia de resultados.
El objetivo era encontrar una tecnología de limpieza que permitiera eliminar de forma eficaz y no destructiva las adherencias de polímero de las cintas de tamiz. Las cintas de tamiz debían poder limpiarse durante el funcionamiento del sistema o en los ciclos de mantenimiento, pero sin necesidad de retirarlas del sistema.
Además de la búsqueda de un método de limpieza mejorado con respecto al proceso actual, era necesario desarrollar nuevas cintas de tamiz que impidieran que las gotas de polímero —que se producen inevitablemente en el proceso de hilado por fusión— penetraran tan profundamente en la estructura del tejido. Con la tecnología de limpieza adecuada y los nuevos tejidos, se debería lograr una mayor vida útil de las cintas de tamiz.
¿Cómo resolvieron esos problemas con Cold Jet?
El Instituto Sajón de Investigación Textil (STFI) cuenta con una línea de hilado por spunbonding Reicofil®4 a escala técnica, adecuada para probar las cintas de tamiz y el sistema de limpieza.
En un proyecto de investigación, la empresa Voith Paper Fabric & Roll Systems GmbH & Co. KG, de Heidenheim (Alemania), desarrolló nuevas estructuras de tejido; las cintas de tamiz se fabricaron y se sometieron a pruebas en el STFI. También se investigaron diversas tecnologías de limpieza.
En los estudios preliminares sobre la limpieza de las bandas de tamiz, se probaron tres sistemas diferentes: chorro de agua a alta presión, chorro de nieve de CO₂ y diversos métodos de chorro de pellets de hielo seco de CO₂.
El chorro de agua a alta presión es adecuado para evitar la obstrucción de la estructura del tejido durante la producción causada por la adhesión de fibras o monómeros. Sin embargo, no es adecuado para eliminar los restos de polímeros.
El chorro de nieve de CO₂ es capaz de eliminar gotas de polímero más pequeñas sin dañar la estructura de la cinta de cribado. Sin embargo, carece de la energía cinética necesaria para eliminar gotas de polímero más grandes. Otra desventaja es el elevado consumo de aire comprimido. El chorro de nieve requiere la instalación de un compresor móvil. Además, requiere una instalación para obtener CO₂ en cilindros de gas.
Muchos sistemas basados en pellets de hielo seco de CO₂ sin triturar no aplican suficiente energía para eliminar las gotas de la banda de cribado con poco aire comprimido. A una presión de 2 bar, el rendimiento de limpieza fue insuficiente, lo que significó que, en todas las muestras de bandas de cribado, solo se pudieron eliminar gotas de polímero muy pequeñas (≤ 3 – 5 mm).
A presiones ≥ 3 bar, la estructura del tejido de todas las cintas de cribado se alteraba con tiempos de exposición superiores a 3 segundos y se destruía visiblemente al cabo de unos segundos más.
Un método que se diferenciaba de todos los demás fue el sistema i³ MicroClean DX® con tecnología patentada de Cold Jet GmbH, de Weinsheim (Alemania).
«La ventaja fue que, en este caso, se pudo utilizar el sistema de aire comprimido del centro técnico de STFI e. V., ya que el consumo máximo de aire comprimido del sistema Cold Jet es de 1,4 m³/min y también el sistema existente con conexiones de aire comprimido de ½” y una presión de hasta 7 bar», afirma Sven Schuffenhauer, el técnico responsable del departamento de telas no tejidas y reciclaje.
Los gránulos de hielo seco se trituran hasta obtener partículas del tamaño de un grano de azúcar (micropartículas), se introducen en un sistema de dosificación especial y, a continuación, son impulsados por una corriente de aire comprimido a través de boquillas con diferentes secciones transversales de salida (boquilla redonda de 4,7 mm o boquilla ancha de 11,9 x 2,2 mm) y, finalmente, se transportan hasta la superficie. Dado que los gránulos de hielo se utilizan directamente y el caudal de hielo puede variarse entre 9 y 18 kg/h, solo se escapa al medio ambiente una pequeña cantidad de CO₂, que, en comparación con la limpieza con nieve de CO₂, supone tan solo entre el 10 % y el 15 %.
¿Cuáles fueron los resultados?
Con el sistema i³ MicroClean DX® de Cold Jet, el STFI eliminó todas las gotas de polímero de las cintas de cribado sin dañar la estructura del tejido.
9–12 kg/h
Consumo de pellets de CO₂ en la limpieza de las cintas de cribado
0,7–1,0 m³/min
Aire comprimido necesario: entre un tercio y un cuarto del consumo de otros sistemas
6 m/min
Velocidad de la cinta durante la limpieza, sin daños en la estructura del tejido
En un primer momento, se probó la idoneidad de las nuevas cintas de cribado desarrolladas por Voith para la producción de tejido no tejido spunbond en la línea de STFI. La estructura del tejido presentaba un menor volumen abierto en la parte superior en comparación con las cintas de cribado convencionales. Posteriormente, se eligió deliberadamente la configuración de la planta de tal forma que la superficie de la cinta de cribado se contaminara en un tiempo relativamente corto con gotitas de polímero, en este caso de polipropileno.
Según los criterios de evaluación definidos por el STFI, al utilizar el sistema de limpieza con nieve de CO₂ con una configuración óptima (contaminación con polipropileno o polilactida), los resultados de dos de las bandas de cribado desarrolladas pueden clasificarse en el grado 2 y los de las otras dos bandas, en el grado 3.
Con el sistema de limpieza móvil i³ MicroClean DX® de Cold Jet, se pudieron eliminar individualmente todas las gotas de polímero existentes sin dañar la estructura de la banda de cribado.
La MicroClean es un sistema de limpieza compacto, de una sola manguera, eléctrico y de baja presión, con tecnología patentada de pulverización de micropartículas. Las micropartículas, pequeñas e inodoras, que forman un chorro de limpieza más fino en comparación con los gránulos de hielo seco convencionales, se aceleran a velocidad supersónica mediante aire comprimido. Se trata de una limpieza eficaz, pero suave, incluso para superficies delicadas. Al impactar, se produce una combinación de efectos cinéticos, de choque térmico y termodinámicos. Este último provoca que el hielo seco se sublime en condiciones ambientales, es decir, que pase directamente del estado sólido al gaseoso. El hielo seco se expande en pocos milisegundos hasta alcanzar un volumen hasta 700 veces mayor. Esto da lugar a una especie de «miniexplosión» en el punto de contacto que se propaga por la superficie. Esta «onda de explosión» ejerce una fuerza de elevación muy eficaz, que elimina de forma fiable las gotas de polímero de la cinta de cribado. No se observaron alteraciones en las superficies tratadas con hielo seco.
«Los resultados de las pruebas de limpieza y abrasividad fueron muy convincentes», recuerda Sven Schuffenhauer. «La cinta se movía a 6 m/min, lo que ya es una velocidad elevada para una operación de mantenimiento».
Para ello, solo se necesitó una cantidad de entre 9 y 12 kg/h de pellets de CO₂. El volumen de aire comprimido necesario fue de 0,7 a 1,0 m³/min, lo que corresponde a entre un tercio y un cuarto del consumo en comparación con otros sistemas. De este modo, se pudo demostrar la idoneidad de este sistema para la limpieza de cintas de cribado en sistemas de tejido no tejido por hilado por fusión.
Según los mismos criterios, el resultado en ambos casos se clasificó en el grado 1.
« Los resultados de las pruebas de limpieza y abrasividad fueron muy convincentes »
Sven Schuffenhauer
técnico responsable del departamento de telas no tejidas y reciclaje, STFI