No processo de produção de máquinas de papel, diversos cilindros desempenham um papel indispensável, desde a drenagem de folhas de papel úmidas até a formação de folhas de papel secas. Como uma das tecnologias essenciais no projeto de cilindros para máquinas de papel, a "coroa" — apesar da aparente pequena diferença geométrica envolvida — determina diretamente a uniformidade e a estabilidade da qualidade do papel. Este artigo analisará de forma abrangente a tecnologia de coroamento de cilindros para máquinas de papel, abordando sua definição, princípio de funcionamento, classificação, principais fatores de influência no projeto e manutenção, revelando seu importante valor na produção de papel.

1. Definição de Coroa: Função Significativa em Diferenças Menores

O termo "coroa" (expresso em inglês como "Crown") refere-se especificamente a uma estrutura geométrica especial dos cilindros de máquinas de papel ao longo da direção axial (longitudinal). O diâmetro da área central do corpo do cilindro é ligeiramente maior do que o das áreas das extremidades, formando um contorno semelhante a um "tambor de cintura". Essa diferença de diâmetro é geralmente medida em micrômetros (μm), e o valor da coroa em alguns cilindros de prensas grandes pode chegar a 0,1-0,5 mm.

O principal indicador para medir o projeto da coroa é o "valor da coroa", calculado como a diferença entre o diâmetro máximo do corpo do cilindro (geralmente no ponto médio da direção axial) e o diâmetro das extremidades do cilindro. Essencialmente, o projeto da coroa envolve pré-ajustar essa pequena diferença de diâmetro para compensar a deformação da "curvatura central" do cilindro causada por fatores como força e variações de temperatura durante a operação. Em última análise, isso permite a distribuição uniforme da pressão de contato em toda a largura da superfície do cilindro e da folha de papel (ou outros componentes em contato), estabelecendo uma base sólida para a qualidade do papel.

2. Funções Essenciais da Coroa: Compensar a Deformação e Manter a Pressão Uniforme

Durante a operação dos cilindros da máquina de papel, a deformação é inevitável devido a cargas mecânicas, variações de temperatura e outros fatores. Sem o design de coroa, essa deformação leva a uma pressão de contato desigual entre a superfície do cilindro e a folha de papel — “pressão mais alta nas extremidades e mais baixa no meio” — causando diretamente sérios problemas de qualidade, como gramatura irregular e desidratação desigual do papel. O principal valor da coroa reside na compensação ativa dessas deformações, o que se reflete especificamente nos seguintes aspectos:

2.1 Compensação da deformação por flexão de rolos

Quando os cilindros centrais das máquinas de papel, como os cilindros de prensagem e os cilindros de calandragem, estão em operação, eles precisam aplicar uma pressão significativa na folha de papel. Por exemplo, a pressão linear dos cilindros de prensagem pode atingir 100-500 kN/m. Para cilindros com uma grande relação comprimento/diâmetro (por exemplo, o comprimento dos cilindros de prensagem em máquinas de papel de grande largura pode ser de 8 a 12 metros), ocorre uma deformação elástica com curvatura para baixo no meio sob pressão, semelhante a uma "flexão de ombro sob carga". Essa deformação causa pressão de contato excessiva entre as extremidades do cilindro e a folha de papel, enquanto a pressão no meio é insuficiente. Consequentemente, a folha de papel fica excessivamente desidratada nas extremidades (resultando em alta secura e baixa gramatura) e subdesidratada no meio (resultando em baixa secura e alta gramatura).

No entanto, a estrutura em forma de tambor do design da coroa garante que, após a flexão do rolo, toda a sua superfície permaneça em contato paralelo com a folha de papel, proporcionando uma distribuição uniforme da pressão. Isso resolve eficazmente os riscos de qualidade causados ​​pela deformação por flexão.

2.2 Compensação da Deformação Térmica do Cilindro

Alguns cilindros, como os cilindros guia e os cilindros de calandragem na seção de secagem, sofrem expansão térmica durante a operação devido ao contato com as folhas de papel em alta temperatura e ao aquecimento a vapor. Como a parte central do corpo do cilindro é mais aquecida (as extremidades estão conectadas aos mancais e dissipam o calor mais rapidamente), sua expansão térmica é maior do que a das extremidades, resultando em uma "protuberância central" no corpo do cilindro. Nesse caso, o uso do projeto de coroa convencional exacerbará a pressão de contato desigual. Portanto, uma "coroa negativa" (onde o diâmetro da parte central é ligeiramente menor do que o das extremidades, também conhecida como "coroa reversa") precisa ser projetada para compensar a protuberância adicional causada pela expansão térmica, garantindo uma pressão de contato uniforme na superfície do cilindro.

2.3 Compensação do desgaste irregular da superfície do rolo

Durante a operação prolongada, alguns cilindros (como os cilindros de borracha de prensa) sofrem atrito mais frequente nas bordas da folha de papel (já que as bordas da folha de papel tendem a acumular impurezas), resultando em desgaste mais rápido nas extremidades do que no meio. Sem o projeto de coroamento, a superfície do cilindro apresentará uma protuberância no meio e uma curvatura nas extremidades após o desgaste, o que, por sua vez, afeta a distribuição da pressão. Ao pré-configurar o coroamento, a uniformidade do contorno da superfície do cilindro pode ser mantida no estágio inicial de desgaste, prolongando a vida útil do cilindro e reduzindo as flutuações de produção causadas pelo desgaste.

3. Classificação da coroa: Escolhas técnicas adaptadas a diferentes condições de trabalho

Com base no tipo de máquina de papel (baixa velocidade/alta velocidade, largura estreita/largura larga), função do rolo (prensagem/calandragem/guia) e requisitos do processo, a coroa pode ser dividida em vários tipos. Os diferentes tipos de coroa diferem em características de design, métodos de ajuste e cenários de aplicação, conforme detalhado na tabela a seguir:

4. Principais fatores que influenciam o design de coroas: Cálculo preciso para adaptação às necessidades de produção

O valor da coroa não é definido arbitrariamente; ele precisa ser calculado de forma abrangente com base nos parâmetros do cilindro e nas condições do processo para garantir seu funcionamento eficaz. Os principais fatores que influenciam o projeto da coroa incluem os seguintes aspectos:

4.1 Dimensões e Material do Rolo

1. Comprimento do corpo do rolo (L)Quanto mais longo for o corpo do rolo, maior será a deformação por flexão sob a mesma pressão e, portanto, maior será o valor de curvatura necessário. Por exemplo, rolos longos em máquinas de papel de grande largura exigem um valor de curvatura maior do que rolos curtos em máquinas de papel de largura estreita para compensar a deformação.
2. Diâmetro do corpo do rolo (D)Quanto menor o diâmetro do corpo do cilindro, menor a rigidez e maior a propensão do cilindro à deformação sob pressão. Portanto, é necessário um valor de curvatura maior. Por outro lado, cilindros com diâmetro maior apresentam maior rigidez, e o valor de curvatura pode ser reduzido adequadamente.
3. Rigidez do MaterialMateriais diferentes para os corpos dos cilindros de laminação apresentam rigidez diferente; por exemplo, cilindros de aço têm rigidez muito maior do que cilindros de ferro fundido. Materiais com menor rigidez exibem deformação mais significativa sob pressão, exigindo um valor de coroa maior.

4.2 Pressão de Operação (Pressão Linear)

A pressão de operação (pressão linear) de cilindros, como cilindros de prensagem e cilindros de calandragem, é um fator importante que influencia o projeto da curvatura. Quanto maior a pressão linear, mais significativa é a deformação por flexão do corpo do cilindro, e o valor da curvatura precisa ser aumentado proporcionalmente para compensar essa deformação. Essa relação pode ser expressa, de forma simplificada, pela fórmula: Valor da Curvatura H ≈ (P×L³)/(48×E×I), onde P é a pressão linear, L é o comprimento do cilindro, E é o módulo de elasticidade do material e I é o momento de inércia da seção transversal do cilindro. Por exemplo, a pressão linear dos cilindros de prensagem para papel de embalagem geralmente é superior a 300 kN/m, portanto, o valor da curvatura correspondente precisa ser maior do que o dos cilindros de prensagem para papel cultural, que possuem pressão linear menor.

4.3 Velocidade da máquina e tipo de papel

1. Velocidade da máquinaQuando máquinas de papel de alta velocidade (velocidade > 1200 m/min) estão em operação, a folha de papel é muito mais sensível à uniformidade da pressão do que em máquinas de papel de baixa velocidade. Mesmo pequenas flutuações de pressão podem causar defeitos na qualidade do papel. Portanto, as máquinas de papel de alta velocidade geralmente adotam um sistema de "coroa controlável" para realizar a compensação em tempo real da deformação dinâmica e garantir uma pressão estável.
2. Tipo de papelDiferentes tipos de papel têm diferentes requisitos de uniformidade de pressão. O papel tissue (por exemplo, papel higiênico com gramatura de 10 a 20 g/m²) tem baixa gramatura e é extremamente sensível a flutuações de pressão, exigindo um projeto de coroamento de alta precisão. Em contrapartida, o papel grosso (por exemplo, papelão com gramatura de 150 a 400 g/m²) tem maior capacidade de suportar flutuações de pressão, portanto, os requisitos de precisão do coroamento podem ser reduzidos.

5. Problemas comuns na coroa e manutenção: Inspeção oportuna para garantir uma produção estável.

Um projeto inadequado da coroa ou manutenção incorreta afetarão diretamente a qualidade do papel e causarão uma série de problemas de produção. Os problemas comuns com a coroa e as respectivas soluções são os seguintes:

5.1 Valor da Coroa Excessivamente Grande

Um valor de coroa excessivamente alto leva a uma pressão excessiva no meio da superfície do rolo, resultando em baixa gramatura e alto ressecamento do papel no centro. Em casos graves, pode até causar "esmagamento" (quebra das fibras), afetando a resistência e a aparência do papel.

ContramedidasPara cilindros de coroa fixa usados ​​em máquinas de papel de baixa velocidade, é necessário substituir os cilindros por outros com um valor de coroa adequado. Para cilindros de coroa controlável em máquinas de papel de alta velocidade, a pressão hidráulica ou pneumática pode ser reduzida através do sistema de coroa controlável para diminuir o valor da coroa até que a distribuição da pressão seja uniforme.

5.2 Valor da coroa excessivamente pequeno

Um valor de coroa excessivamente pequeno resulta em pressão insuficiente no meio da superfície do rolo, levando à desidratação inadequada do papel no meio, baixa secagem, gramatura elevada e defeitos de qualidade, como "manchas úmidas". Ao mesmo tempo, também pode afetar a eficiência do processo de secagem subsequente.

ContramedidasPara cilindros de curvatura fixa, o corpo do cilindro precisa ser reprocessado para aumentar o valor da curvatura. Para cilindros de curvatura controlável, a pressão hidráulica ou pneumática pode ser aumentada para elevar o valor da curvatura, garantindo que a pressão no meio atenda aos requisitos do processo.

5.3 Desgaste irregular do contorno da coroa

Após longo período de operação, a superfície do cilindro sofrerá desgaste. Se o desgaste for irregular, o contorno da coroa se deformará e aparecerão "manchas irregulares" na superfície do cilindro. Isso causa defeitos como "listras" e "amassados" no papel, afetando seriamente a qualidade da sua aparência.

ContramedidasInspecione regularmente a superfície do cilindro. Quando o desgaste atingir um certo nível, retifique e repare a superfície do cilindro (por exemplo, retifique o contorno da coroa dos cilindros de borracha de prensagem) para restaurar a forma e o tamanho normais da coroa e evitar que o desgaste excessivo afete a produção.

6. Conclusão

Embora pareça uma tecnologia sutil, porém crucial, a curvatura dos cilindros da máquina de papel é fundamental para garantir a uniformidade da qualidade do papel. Desde a curvatura fixa em máquinas de baixa velocidade até a curvatura controlável em máquinas de alta velocidade e grande largura, o desenvolvimento contínuo da tecnologia de curvatura sempre se concentrou no objetivo principal de "compensar a deformação e alcançar pressão uniforme", adaptando-se às necessidades das diferentes condições de trabalho na fabricação de papel. Um projeto de curvatura adequado não só resolve problemas de qualidade, como gramatura irregular e drenagem deficiente, mas também melhora a eficiência operacional das máquinas de papel (reduzindo o número de quebras de papel) e o consumo de energia (evitando a secagem excessiva). Trata-se de um suporte técnico essencial para o desenvolvimento da indústria papeleira rumo à "alta qualidade, alta eficiência e baixo consumo de energia". No futuro da produção de papel, com o aprimoramento contínuo da precisão dos equipamentos e a otimização constante dos processos, a tecnologia de curvatura se tornará ainda mais refinada e inteligente, contribuindo cada vez mais para o desenvolvimento de alta qualidade da indústria papeleira.