Nuevas tecnologías para optimizar la producción de papel

El centro tecnológico Tekniker, junto con la empresa Pasaban, ha desarrollado un innovador sistema de amortiguación de las vibraciones generadas en el proceso de corte de papel.

El papel en formato Letter Size es el que se emplea con mayor frecuencia en oficinas, instituciones educativas y entornos comerciales y es un estándar ampliamente utilizado en países como Estados Unidos y Canadá. Para su producción existe una demanda de máquinas de corte capaces de combinar altas velocidades, gran ancho de trabajo, elevada productividad y precisión extrema.

En este ámbito tecnológico, la máxima eficiencia se alcanza mediante el corte de papel a velocidades muy elevadas, de hasta 420 m/min, lo que constituye por sí mismo un importante reto tecnológico. A estas velocidades, el intervalo de tiempo entre dos cortes consecutivos es extremadamente reducido, pudiendo llegar a tan solo 40 milisegundos. En consecuencia, las vibraciones generadas por cada impacto de corte deben disiparse suficientemente antes de que se produzca el siguiente ciclo, evitando fenómenos de acumulación vibratoria que comprometan el rendimiento de la máquina.

Esta circunstancia pone de manifiesto la necesidad de desarrollar e implantar soluciones tecnológicas avanzadas que permitan mejorar el comportamiento dinámico de las máquinas de corte sin comprometer su productividad. La reducción y el control de las vibraciones resultan fundamentales para garantizar tanto la calidad del producto final como la estabilidad, la precisión y la fiabilidad del proceso de corte. Una mitigación eficaz de dichas vibraciones constituye, por tanto, un requisito indispensable para mantener las elevadas velocidades de operación demandadas por el mercado.

Con el objetivo de dar respuesta a este reto tecnológico, el centro tecnológico Tekniker y la empresa Pasaban han colaborado en el desarrollo de un innovador sistema pasivo de amortiguación de vibraciones específicamente diseñado para su integración en los rodillos portacuchillas de las máquinas de corte.

La solución desarrollada actúa absorbiendo parte de la energía vibratoria generada durante los impactos asociados al corte, reduciendo significativamente la amplitud de las oscilaciones transmitidas al conjunto del sistema. Los resultados obtenidos han demostrado una elevada eficacia, alcanzándose reducciones de hasta seis veces en la amplitud de vibración respecto a las configuraciones convencionales.

Desde el punto de vista tecnológico, el proyecto de I+D ha abordado diversos retos clave, entre los que destacan la selección y caracterización de los materiales de amortiguación más adecuados para la aplicación, el desarrollo de modelos de simulación tanto de orden reducido como de alta fidelidad, así como el diseño en 3D de un primer prototipo funcional. Asimismo, se ha llevado a cabo una completa validación experimental de los resultados en un entorno controlado.

Posteriormente, el proyecto ha avanzado hacia una fase de validación en condiciones reales de operación, integrando el sistema en una máquina de corte industrial. Esta etapa ha culminado con el desarrollo y fabricación de una versión industrializable de la solución.

En este proceso ha sido clave la combinación de capacidades complementarias. Por un lado, Tekniker ha aportado su experiencia en tecnologías de simulación NVH (ruido, vibración y aspereza) y validación experimental. Y, por otro, Pasaban ha contribuido con el diseño conceptual del sistema amortiguante y con su amplia experiencia en sistemas rotativos, el proceso de corte de papel y la industrialización de soluciones para maquinaria de alta productividad.

El desarrollo del sistema ha estado marcado por varios aspectos tecnológicos diferenciales:

Modelado avanzado del sistema

Se han desarrollado modelos numéricos capaces de representar el comportamiento dependiente de la frecuencia tanto del módulo elástico como de la capacidad de amortiguación de materiales viscoelásticos. Este enfoque ha permitido reproducir con gran precisión el comportamiento dinámico del sistema.

Caracterización experimental en entorno no controlado

Se ha llevado a cabo una extensa campaña experimental destinada a validar y ajustar los modelos desarrollados. Durante esta fase se han evaluado diferentes materiales amortiguantes y configuraciones geométricas con el objetivo de identificar la solución de mayor rendimiento.

Caracterización del sistema de corte original

Se ha analizado en profundidad el proceso de corte original y la rigidez dinámica de los rodillos portacuchillas, aspectos fundamentales para comprender el origen de las vibraciones y los mecanismos mediante los cuales estas se transmiten a través de la máquina.

Evaluación del sistema integrado en máquina

El rendimiento del sistema de amortiguación ha sido evaluado tanto en un primer prototipo como en la versión industrial final, una vez integrado en la máquina de producción. Esta fase ha permitido validar la eficacia de la solución en condiciones reales de funcionamiento.

A continuación, se muestran imágenes representativas del desarrollo, incluyendo un modelo de simulación empleado durante la fase de diseño y un primer prototipo instalado en un banco de ensayos externo para su validación experimental en entorno controlado.

Los resultados alcanzados evidencian una mejora sustancial en la capacidad de amortiguación del sistema. En particular, se ha conseguido reducir aproximadamente seis veces la amplitud de vibración asociada a la frecuencia natural de los rodillos portacuchillas.

Esta mejora implica que la vibración generada durante cada impacto de corte se disipa significativamente más rápido, permitiendo que el sistema alcance condiciones estables antes de la llegada del siguiente ciclo de corte. Como consecuencia, se incrementa el margen operativo de la máquina y se favorece el mantenimiento de elevados niveles de precisión y repetibilidad incluso a altas velocidades de producción.

Adicionalmente, la solución desarrollada presenta un elevado grado de adaptabilidad. Mediante la modificación de determinados parámetros de diseño, como los materiales empleados y las dimensiones de los elementos amortiguantes, el sistema puede ajustarse a diferentes configuraciones de rodillos portacuchillas y requisitos operativos. Esta flexibilidad ha sido posible gracias a la extensa campaña de caracterización experimental realizada y al diseño modular adoptado.

La figura siguiente muestra la reducción obtenida en la amplitud de vibración en torno a la frecuencia natural de los rodillos portacuchillas, donde puede observarse una disminución muy significativa, de hasta seis veces, cuando el sistema de amortiguación se encuentra optimizado.

Reducción obtenida en la amplitud de vibración en torno a la frecuencia natural de los rodillos portacuchillas.