En la máquina que fabrica papel higiénico y papel toalla, el comienzo vive mojado, el final vive caliente, y los engranajes y los sistemas de aceite a presión piden, cada uno, el tipo de aceite que define su norma. Por eso el lubricante se elige punto por punto, según lo que lo ataca en cada lugar. A continuación, la máquina por dentro y lo que pide cada punto.
¿Cómo funciona una máquina de papel tissue?
Transforma una masa mojada de fibras en papel seco, en una sola pasada. Tissue es el papel fino y suave: higiénico, toalla, servilleta y pañuelo.
La máquina más común, la de esta guía, recibe en un extremo una pasta de fibras de celulosa que es casi toda agua y entrega en el otro una bobina de papel. Es como escurrir un paño mojado y luego plancharlo:
Formación: la caja de entrada extiende la pasta sobre la tela, un tamiz de tejido que deja escurrir el agua.
Prensa: un fieltro (una manta) lleva la hoja hasta la prensa, que la aprieta contra un cilindro enorme calentado por dentro con vapor, el cilindro Yankee.
Secado: la hoja se pega al Yankee, y una cubierta, la capota, sopla aire caliente por fuera.
Crepado: una cuchilla despega la hoja seca y la arruga, lo que le da suavidad; la enrolladora forma la bobina.
En la fábrica, la máquina se divide en dos: la parte húmeda (formación y prensa), donde el agua sale por presión, y la parte seca (del Yankee en adelante), donde sale por el calor.
Figura 1. En la parte húmeda el agua sale por presión; en la parte seca, por el calor.
Para quien necesita el número: la pasta llega a la formación con cerca de 99% de agua (Machinery Lubrication, 2004).
¿Dónde necesita lubricante la máquina de papel?
En tres tipos de punto: cojinetes, reductores y sistemas hidráulicos.
Todo rodillo y todo cilindro gira apoyado en las puntas del eje, y ese apoyo es el cojinete. En la máquina de papel, casi siempre es un rodamiento: bolas o rodillos girando entre dos anillos, como en el buje de la rueda de la bicicleta.
El reductor es una caja de engranajes que baja la rotación del motor y aumenta la fuerza de giro, como la marcha corta de la bicicleta en una subida. Acciona rodillos y el propio Yankee.
El sistema hidráulico usa aceite a presión para mover pistones, como el gato del taller.
En general son dos, cada uno con su aceite. Uno mueve pistones que posicionan y aprietan rodillos, como el rodillo de la prensa contra el Yankee. El otro trabaja dentro de ciertos rodillos largos y los empuja por dentro, para que no se flexionen en el medio y aprieten la hoja por igual en todo el ancho.
En la máquina de papel, el lubricante llega a esos puntos de cuatro maneras principales:
Grasa: una pasta que queda en el cojinete, como en la mayoría de los cojinetes de la formación.
Baño: los engranajes de los reductores menores se sumergen en el aceite del fondo de la caja y lo esparcen al girar; los reductores grandes también reciben aceite bombeado.
Aceite circulante: una bomba lleva el aceite del tanque al cojinete, y él vuelve.
Hidráulico: el aceite circula en un sistema propio, y su trabajo es mover pistones; en el camino, lubrica la bomba y las válvulas.
En la prensa, grasa y aceite circulante conviven: los cojinetes grandes y rápidos van con aceite circulante; los menores, con grasa. Esta guía trata del aceite; la grasa sigue el manual de cada equipo.
Figura 2. Grasa en la formación, baño en los reductores menores, aceite circulante en los cojinetes de la prensa y del Yankee y aceite hidráulico en los pistones.
Para quien necesita el número: entre 80% y 90% de las máquinas de papel usan grasa en la parte húmeda, donde también funciona como barrera contra el agua (Machinery Lubrication, 2004).
De los cuatro, el aceite circulante es el que cuida los cojinetes grandes y calientes.
¿Cómo llega el aceite circulante a los cojinetes?
Por un circuito cerrado, como el filtro de un acuario. La bomba aspira el aceite del tanque, el filtro lo limpia y un enfriador (intercambiador de calor) retira parte del calor. Después, el aceite pasa por los cojinetes y vuelve al tanque por gravedad, ya caliente por el calor que llevó.
En el tanque, el aceite reposa. La suciedad pesada se asienta, y el agua que ya está en gotas baja al fondo, de donde sale por una válvula, el drenaje. El agua disuelta en el aceite no baja: para sacarla hace falta un equipo, como el deshidratador al vacío.
Así, el aceite lubrica el cojinete y se lleva su calor. Los cojinetes del Yankee suelen tener un circuito propio, porque trabajan más calientes y giran más despacio. El Yankee es mucho mayor que los demás rodillos, así que da menos vueltas por minuto para la misma velocidad de la hoja (Machinery Lubrication, 2004).
Figura 3. El aceite va al cojinete, se lleva el calor y vuelve; en el tanque, el agua en gotas baja y sale por el drenaje.
Aun con tanque, filtro y enfriador, la máquina de tissue es de las más duras con el aceite.
¿Por qué la máquina de tissue es un caso extremo de lubricación?
Porque junta los tres enemigos del aceite: agua, calor y suciedad, como una cocina con el fregadero, el horno y la harina en el aire, todos lado a lado. Y funciona día y noche, así que cada cambio de aceite se vuelve una decisión de producción.
El agua viene sobre todo de la parte húmeda: salpicaduras, neblina y lavado entran por los sellos del eje y por los respiraderos del tanque. El aire húmedo que entra por el respiradero también deja agua cuando se enfría, sobre todo con la máquina parada.
En la parte seca, el agua también llega: el vapor entra al Yankee por una pieza giratoria en la punta del eje, la junta rotativa, y lo que se escapa de ahí puede alcanzar el cojinete.
El calor viene del Yankee, y sus cojinetes están entre los puntos más calientes de la fábrica. La suciedad (fibra de papel, partículas de desgaste, productos de lavado) tapa el filtro y desgasta las piezas.
El agua es la que actúa más a escondidas, por etapas:
Entra y se disuelve en el aceite, todavía invisible.
Pasado el límite que el aceite puede disolver (el punto de saturación), forma gotitas atrapadas en el aceite, la emulsión, y el aceite se vuelve lechoso, como la mayonesa.
Con agua en el medio, la película de aceite que separa las piezas se debilita, lo que lleva a contacto de metal con metal y desgaste.
El agua también produce herrumbre en las pistas del rodamiento, las superficies donde giran bolas y rodillos.
El desgaste termina en una parada fuera de hora, en la máquina que menos puede parar.
Cómo se ve esto en su fábrica: aceite turbio o lechoso en la mirilla del tanque, agua saliendo por el drenaje, filtro que se tapa antes de lo previsto.
Contra el agua, el aceite tiene una defensa, y tiene nombre.
¿Qué es la demulsibilidad del aceite y por qué decide en la parte húmeda?
Demulsibilidad es la capacidad del aceite de soltar el agua después de mezclado con ella, como la vinagreta, que se separa sola en el frasco. La mayonesa no se separa.
En el tanque, el aceite que suelta el agua la deja bajar al fondo; el que la retiene la lleva de vuelta al cojinete, aunque sea igual de espeso. Por eso, en la parte húmeda, la separación del agua entra en la elección junto con el espesor.
El aceite recibe aditivos, sustancias que le dan protecciones que no tiene por sí solo. Uno de ellos, el detergente, mantiene el agua dispersa en el aceite y aparece en algunos hidráulicos: hace lo contrario de lo que pide la parte húmeda.
Soltar el agua no basta: los aditivos tampoco pueden deshacerse con el agua.
Muchos aceites para máquina de papel prescinden de los aditivos a base de zinc, que con agua y calor pueden formar depósitos y tapar el filtro (STLE, 2005). Al comprar, conviene preguntar si el aceite lleva zinc.
El laboratorio de Kelpen Oil, en Arujá (SP), mide la demulsibilidad.
Figura 4. A la izquierda, el aceite suelta el agua; a la derecha, la mezcla sigue en emulsión.
Para quien necesita el número: el ensayo sigue la NBR 14172, correspondiente a la ASTM D1401. Aceite y agua se agitan en una probeta a 54 °C, y se mide el tiempo hasta que quedan como máximo 3 mL de emulsión. Como el ISO VG 220 (el grado de espesor, explicado en la próxima sección), común en la máquina de papel, supera 90 cSt a 40 °C, la ASTM D1401 recomienda hacer el ensayo a 82 °C, más cerca de la temperatura del cojinete.
En la parte seca, manda otro enemigo.
¿Qué es la viscosidad y por qué el cojinete caliente pide un aceite más espeso?
Viscosidad es la resistencia del aceite a fluir: la miel fluye despacio, el agua fluye rápido. Y el aceite se afina cuando se calienta, como la miel tibia.
El espesor se escribe con un número, el grado ISO VG, siempre medido a 40 °C: cuanto mayor, más espeso el aceite. Junto con la velocidad de giro, es lo que decide el espesor de la película entre las piezas.
El cojinete del Yankee trabaja muy por encima de 40 °C, y allí el mismo aceite queda mucho más fino. Por eso, en el cojinete caliente, se sube el grado, para que la película en caliente tenga el espesor que pide el proyecto.
El Yankee suma otro motivo: es mucho mayor que los demás rodillos y da menos vueltas por minuto, y con giro lento la película se forma con más dificultad.
Figura 5. En el cojinete caliente, el mismo aceite forma una película más delgada; un aceite más espeso restablece el espesor.
Para quien necesita el número: el ISO VG es la viscosidad a 40 °C, en centistokes (cSt), según la ISO 3448, con 10% de tolerancia. Grados típicos en la máquina de papel: 220 en el aceite de máquina en general y de 220 a 320 en la parte seca (STLE, 2005).
El espesor es solo la mitad de lo que pide el cojinete del Yankee.
¿Qué aceite usar en el cojinete del cilindro secador Yankee?
Un aceite circulante en el grado que pide la temperatura real del cojinete, que aguante el calor sin degradarse y llegue en cantidad y sin agua. El grado más común es el ISO VG 220; en la parte seca, la STLE cita de 220 a 320 (STLE, 2005).
El vapor entra por la punta hueca del eje, a través de la junta rotativa, y esa punta pasa por dentro del rodamiento. Suele estar aislada, y aun así el cojinete se calienta. El aceite lleva el calor al enfriador; por eso el caudal (cuánto aceite llega por minuto) importa tanto como el grado.
Figura 6. El vapor pasa por la punta hueca del eje, dentro del rodamiento, y el aceite se lleva el calor.
El calor también acorta la vida del aceite. El aceite reacciona con el oxígeno del aire, y esa reacción, la oxidación, avanza más rápido cuanto más caliente está. Es lo que ocurre con el aceite de fritura reutilizado, que se oscurece y se espesa:
El aceite caliente se oxida, lo que lleva a mayor acidez y a la formación de lodo (residuo pastoso) y barniz (depósito duro que se pega a las superficies).
Lodo y barniz tapan filtros y conductos, lo que lleva a que llegue menos aceite al cojinete.
Con menos aceite, el cojinete pierde lubricación y enfriamiento, lo que lleva a desgaste y parada.
Por eso el aceite del Yankee necesita:
resistir la oxidación, incluso con agua;
soltar el agua también en caliente;
pasar por el filtro y no formar depósitos;
proteger el acero de la herrumbre y el latón de la corrosión (hay jaulas de rodamiento, la pieza que mantiene separadas bolas y rodillos, hechas de latón);
soltar el aire que entra en el retorno, porque una burbuja de aire que llega a la bomba y al cojinete debilita la película.
Con el grado y estos requisitos, el producto se elige con la medición en la máquina: el Equipo Técnico de Kelpen Oil indica el aceite y el grado de cada cojinete del secado según la temperatura y el caudal medidos con la máquina en marcha.
Para quien necesita el número: los cojinetes del secador pueden llegar a 125 °C incluso con el eje aislado; con aislamiento y caudal suficiente de aceite sin agua, las máquinas modernas suelen quedar por debajo de 90 °C (Machinery Lubrication, 2004). La resistencia a la oxidación con agua se mide con el ensayo TOST (ASTM D943).
Reductor e hidráulico siguen otra regla.
¿Qué aceite usar en los reductores y en los sistemas hidráulicos de la máquina?
Cada uno sigue su norma, y la norma dice el tipo de aceite.
En el reductor, con carga alta, la película entre los dientes de los engranajes puede romperse. El aceite lleva entonces un aditivo de extrema presión (EP), que protege el diente cuando la carga aprieta. La DIN 51517 parte 3 llama a este aceite CLP (aceite de engranajes con protección contra herrumbre y oxidación, más el aditivo EP) y exige capacidad de carga EP comprobada por ensayo FZG. En ese ensayo, engranajes de prueba giran con carga creciente.
En Kelpen Oil, la línea Turan EP, de base mineral (aceite refinado del petróleo), cumple la DIN 51517 parte 3 del ISO VG 68 al 1000 y protege incluso con humedad elevada.
La línea Turan S, de bases sintéticas (hechas por síntesis química, más estables en el calor), también es EP y cumple la misma norma; conviene en el reductor que trabaja caliente, o cuando la parada para cambiar el aceite sale cara, porque permite cambios más espaciados, y tiene la industria del papel entre sus aplicaciones. El grado sale de la placa del reductor.
En el hidráulico, el aceite lleva aditivo antidesgaste, que protege la bomba bajo presión. Es la clase HLP (hidráulico con protección contra herrumbre y oxidación, más el antidesgaste), de aditivación antidesgaste según la DIN 51524 parte 2, norma que también ensaya la separación del agua. En Kelpen Oil, es la línea Supra AW. El grado sale del manual del sistema; si pide un grado por encima del ISO VG 150, el mayor que cubre la norma, el Equipo Técnico indica el aceite.
Para quien necesita el número: la DIN 51524 parte 2 (edición de 2017) cubre del ISO VG 10 al 150 y ensaya la separación del agua según la DIN ISO 6614. En el hidráulico que mueve pistones, los grados típicos van del ISO VG 46 al 68; en el hidráulico de los rodillos, de 100 a 220 (STLE, 2005).
Ahora ya se puede juntar todo.
¿Qué lubricante usar en cada sección de la máquina de papel tissue?
En cada punto, un aceite que resista lo que lo ataca allí. Un mismo aceite puede servir a más de un punto, si cumple los requisitos de todos.
| Punto | Qué ataca al aceite | Qué necesita el aceite | Kelpen Oil |
|---|---|---|---|
| Cojinetes de la parte húmeda con aceite circulante | Agua, suciedad y productos de lavado | Demulsibilidad, aditivos estables con agua, pasar por el filtro con agua, protección contra la herrumbre | Grado según la temperatura del cojinete; producto con el Equipo Técnico |
| Cojinetes del Yankee, en circuito propio | Calor y el vapor que se escapa hacia el cojinete | Grado según la temperatura real, resistencia a la oxidación, soltar el agua en caliente, caudal | ISO VG 220 es el más común (220 a 320 en el secado); producto con el Equipo Técnico, con la temperatura y el caudal medidos |
| Reductores | Carga y humedad | CLP (con aditivo EP), DIN 51517 parte 3 | Línea Turan EP; Turan S en calor o con cambios espaciados |
| Sistemas hidráulicos | Presión y humedad | HLP (antidesgaste), DIN 51524 parte 2 | Línea Supra AW |
Para otros sectores, vea los lubricantes de Kelpen Oil por industria.
Elegido el aceite, falta saber si sigue siendo bueno.
¿Cómo monitorear el agua en el aceite antes de que cause una parada?
Con análisis periódico de laboratorio, porque el agua disuelta no se ve. Cuando el aceite se pone lechoso, el agua ya pasó el punto de saturación.
El ensayo Karl Fischer usa un reactivo que se combina con el agua y mide cuánta hay en el aceite, en partes por millón (ppm), aunque sea invisible. El mismo análisis muestra además si la viscosidad sigue en el grado, la suciedad y cuánto se oxidó el aceite, por la acidez (TAN, número de acidez total).
La tendencia de estos resultados permite cambiar el aceite por su condición, y no por el calendario. Para que los resultados sean comparables, la muestra se toma siempre del mismo punto del circuito, con la máquina en marcha.
El laboratorio propio en Arujá (SP) mide, en el mismo informe (el documento del análisis), cuánta agua entró (Karl Fischer) y si el aceite todavía la suelta (demulsibilidad). Leídos juntos:
Agua alta, aceite que todavía suelta el agua: saque el agua (drenaje, centrífuga o deshidratador, según el caso) y encuentre por dónde entra.
Agua alta, aceite que retiene el agua: algo cambió en el aceite, por oxidación o contaminación (grasa, otro aceite, producto de limpieza), y el Equipo Técnico investiga antes de decidir el cambio.
Es un servicio pago, incluso para aceite de otro proveedor, entre los 25 ensayos del laboratorio.
El informe acompaña además tres cosas. El espectro infrarrojo (luz que atraviesa el aceite y traza su huella digital química) muestra oxidación y contaminantes. Las características espumantes muestran si el aceite hace espuma en el retorno, lo que perjudica a la bomba. El conteo de partículas cuenta los granos de suciedad y de metal que pasaron por el filtro.
La viscosidad, por su parte, se mide a 40 °C y a 100 °C: las dos juntas muestran si el aceite se afina más de lo normal en el calor.
Para quien necesita el número: la referencia publicada es agua por debajo de 500 ppm (0,05%) en el aceite que llega a los cojinetes del secado (Machinery Lubrication, 2004), y 350 ppm o menos en máquinas nuevas (STLE, 2005).
| Qué medimos | Qué revela |
|---|---|
| Contenido de agua por Karl Fischer | Agua disuelta y emulsionada |
| Demulsibilidad y características de emulsión | Si el aceite todavía suelta el agua |
| Viscosidad cinemática a 40 °C y a 100 °C | Si sube, oxidación, agua emulsionada o mezcla con aceite más espeso; si baja, mezcla con aceite más fino |
| Número de acidez (TAN) | Cuánto se oxidó el aceite |
| Espectro infrarrojo (la huella digital química del aceite) | Productos de oxidación y contaminantes |
| Características espumantes | Espuma en el retorno, que perjudica a la bomba |
| Conteo de partículas (granos de suciedad y de metal) | Suciedad y desgaste que pasaron por el filtro |
El aceite correcto y bien controlado todavía depende de tener aceite disponible para reponerlo.
¿Y la disponibilidad, que nadie especifica?
Una máquina continua necesita aceite para completar el nivel y para el cambio, y el cambio no puede esperar al proveedor. Nosotros, en Kelpen Oil, formulamos lubricantes desde 1999, con envasado bajo demanda desde el balde hasta el granel y atención en todo Brasil.
Preguntas frecuentes
¿Con qué frecuencia analizar el aceite del circuito? La frecuencia de muestreo se define junto con el Equipo Técnico: empiece más corta y amplíela según el resultado de agua, acidez y partículas. El circuito del Yankee pide un seguimiento más cercano.
¿El aceite de la parte seca puede ser el mismo de la parte húmeda? Puede: hay aceites hechos para las dos partes, y algunas máquinas usan uno solo, en el grado que atiende al cojinete más caliente. Cuando los circuitos son separados, lo que suele cambiar es el grado en el secado (220 o 320, según la STLE).
¿Se puede sacar el agua del aceite y seguir usándolo? El agua en gotas se asienta y sale por el drenaje, o por la centrífuga (equipo que hace girar el aceite a alta rotación y separa el agua por el peso). El agua disuelta solo sale con el deshidratador al vacío, que la evapora a baja presión sin calentar demasiado el aceite. Si el aceite se pone lechoso y el agua no baja sola (la emulsión no se deshace), hay que investigar el aceite: el ensayo de demulsibilidad muestra si todavía suelta el agua.
Glosario
Parte húmeda y parte seca: en la húmeda el agua sale por presión; en la seca, por el calor.
Cilindro Yankee: cilindro enorme, calentado con vapor, en el que la hoja se pega y se seca.
Cojinete: el apoyo del eje de cada rodillo; en la máquina de papel, casi siempre un rodamiento.
Aceite circulante: aceite bombeado del tanque a los cojinetes, que vuelve para ser limpiado y enfriado.
Emulsión: gotitas de agua atrapadas en el aceite, que lo vuelven lechoso.
Demulsibilidad: capacidad del aceite de soltar el agua (NBR 14172).
ISO VG: grado de viscosidad del aceite a 40 °C, en cSt.
Karl Fischer: ensayo que mide el agua en el aceite en ppm, aunque esté disuelta.
Hable con el Equipo Técnico
Antes de hablar con nosotros, anote cómo se lubrica cada punto, la temperatura de los cojinetes del Yankee, si el aceite del tanque está turbio, la placa de los reductores y el último informe. Con eso, el Equipo Técnico de Kelpen Oil indica el aceite de cada punto. Si el aceite ya está en uso, el laboratorio de Arujá (SP) realiza el análisis del aceite en uso, como servicio pago. Guarde este artículo o envíelo a quien cuida la máquina de papel en su empresa.