Máquinas

calandria a una máquina que se emplea en los telares o fábricas de tejidos para sacar a éstos el brillo y más principalmente cuando se trata de telas de algodón.

La calandria se emplea tan pronto para dar la última presión a los tejidos antes de ponerlos a la venta como para hacer su superficie tersa, unida y consistente. Así se requiere para los tejidos que han de ser sometidos a la impresión variando el grado de presión y consistencia que haya de darse con el objeto que se propone el tejedor.

Características

La calandria se compone de dos o más laminadores que se tocan y cuya presión se gradúa por contrapesos siendo varios los cilindros. La tela pasa por entre los dos primeros cilindros superiores, después entre el segundo y tercero y así sucesivamente. Lo ordinario es que la máquina tenga cinco cilindros y se prensan a la vez dos piezas de tela pasando cada una dos veces por este laminador. De los cilindros, uno por lo menos ha de ser de metal y éste, perfectamente alisado y bruñido en su superficie es hueco y se calienta por lo general por una corriente de vapor que circula entre el cilindro y otro interior que le es concéntrico.

Cuando por un sistema de engranajes se dan velocidades diferentes a los cilindros, aumenta considerablemente el lustre que toma la tela llamándose a las calandrias que obran de esta manera calandrias de lustrar.

Si inmediatamente antes de pasar la tela por la calandria se la rocía ligeramente con agua, adquiere un viso especial cuya belleza aumenta si durante el cilindrado se da a la tela un ligero movimiento de vaivén en el sentido de su anchura cuyo movimiento puede conseguirse con un mecanismo especial.

Calandrado

El calandrado es un proceso de conformado que consiste en hacer pasar un material sólido a presión entre rodillos de metal generalmente calientes que giran en sentidos opuestos y se cortan con una cuchilla para obtener el tamaño deseado. La finalidad puede ser obtener láminas de espesor controlado o bien modificar el aspecto superficial de la lámina.

Este proceso se aplica a una gran variedad de materiales, incluyendo metales, fibras textiles, papel y polímeros.

Calandrado de termoplásticos

Consiste en pasar el plástico en estado viscoelástico (Tg< T 

Calandria de lustrar, máquina de calandrado.

Máquina de calandrado.

La lámina de papel, pasa a través de los rollos de la calandria.

Calandrado

Introducción 
La calandra o calandria es una maquina que se basa en una serie de rodillos de presión que se utilizan para formar o una hoja lisa de material. La aplicación principal de las calandras se encuentra en el final proceso de fabricación de papel.
El calandrado también se puede aplicar a otras materias distintas del papel, cuando es deseable una superficie lisa y plana, como el algodón, linos, sedas y diversas telas hechas por el hombre y los polímeros, tales como láminas de polímero como vinilo (PVC) y ABS, y en menor medida, polietileno de alta densidad (HDPE) , polipropileno y poliestireno.

Rodillos de calandrado

El calandrado es un proceso importante en las industrias del caucho, sobre todo en la fabricación de neumáticos, en el que se utiliza para la capa interna y la capa de tela.
El calandrado sirve para la fabricación de láminas partiendo de formas de plástico en bruto (termoplástico o elastómero) o bien por una cinta extruida, en cuyo caso la extrusora esta dispuesta directamente en la alimentación de la calandria. El material se hace pasar por diferentes rodillos cilíndricos que reducen el espesor de las láminas. El tipo de producto que se obtiene consiste en una película de plástico de pequeño espesor.

Línea de calandrado para caucho de 4 rodillos

Calandra de 3 rodillos para caucho

Alguno de los rodillos puede estar grabado para dar una textura a la hoja resultante. El espesor de la lámina está dado por la distancia existente entre dos rodillos. Con este proceso se producen láminas que se utilizan como materia prima para otros procesos secundarios, pero también productos como cortinas de baño, alfombras e impermeables.

Impermeable

Etapas del proceso

Las etapas del proceso de calandrado se puede dividor en 4 etapas básicas: Alimentación, cilíndros de calandría, Cilindros de calibración y enfriamiento y por último corte y bobinado

Esquema básico de una línea de calandrado

1) Alimentación
El material de alimentación debe estar previamente plastificado en estado fundido previamente extruido en el caso de los termoplásticos (PE, TPU) o estado de gel (PVC con plastificantes. El calandrado de goma también se realiza en estado de gel (en general se agregan aditivos que ayudan el procesado)

2) Cilindros de calandria
Dependiendo de la lámina que se desea obtener los rodillos, su largo puede variar entre 2 y 4 metros. La calandrias consta de por lo general de 3 o 4 rodillos. Su disposición puede variar, pero la alimentación casi siempre se realiza por la parte superior. Ejemplos:

Diferentes disposiciones de los cilindros de calandrado

El espesor de la lámina calandrada obtenida varía entre 0,3 y 1 mm.

3) Cilindros de calibración y enfriamiento.

4) Corte y bobinado.

Características del proceso 
Mediante el calandrado se obtienen diferentes acabados superficiales: brillante, mate, difuminado, texturas. Esto dependerá del recubrimiento aplicado en el último cilindro caliente.
Las instalaciones de calandrado son costosas. La puesta en marcha del proceso es de aproximadamente 10 horas, lo que sólo lo hace rentable para grandes volúmenes de producción. Este es un proceso generalmente aplicable a materiales de alta viscosidad (goma) y que se degradan fácilmente (deben estar poco tiempo a temperatura elevada), como por ejemplo el PVC.

Condiciones de operación (Efectos sobre la calidad de la lámina) 
Temperatura:
La temperatura del material se ve apenas modificada en el proceso por ser la generación viscosa pequeña (<10-20 baja="" br="" calor.="" conducci="" de="" la="" n="" nbsp="" y="">A mayor temperatura del material se obtiene una mejor calidad superficial, menor riesgo de defectos de despegue y una disminución de la viscosidad. La disminución de la viscosidad genera una menor presión sobre la masa y consecuentemente un menor esfuerzo sobre los rodillos, pero puede generar la inclusión de burbujas en la lámina. Una temperatura demasiado elevada puede ocasionar la degradación del material

Velocidad de los rodillos
La variación de la velocidad de los rodillos permite regular espesor de la lámina sin variar el entrehierro (espacio entre rodillos)
A mayor velocidad se obtiene un mayor ritmo de producción, una mayor presión y la consecuente generación viscosa de calor. Un incremento exagerado de la velocidad puede ocasionar posibles problemas de aspereza superficial (ruptura del fundido)

Campo de buena operatividad en un diagrama de velocidad-temperatura

Observando el grafico se deducen los límites del proceso:
1) Exceso de presión de los cilindros. Aspereza superficial.
2) Bajo rendimiento del proceso.
3) Deficiente homogenización. Defectos superficiales.
4) Degradación superficial e inclusiones de aire.
5) Degradación térmica.

Medida y control del espesor 
La homogeneidad del espesor a lo ancho de la lámina se regula mediante dos técnicas:
1.- Aplicación de momentos flectores en extremos de los cilindros
2.- Variando el ángulo entre los ejes de los cilindros (se rompe paralelismo)
La medida del espesor a lo ancho de la lámina se realiza mediante un detector de absorción de radiación β (beta), que será proporcional al espesor. El sistema de medida permite ajustar de forma continua el sistema de regulación para obtener un espesor homogéneo. También existen sensores de espesor por rayos x, por rayos γ (gamma) y por láser.

Enfriamiento y acabado 
En el caso de los termoplásticos, el espesor definitivo de la lámina puede ser el obtenido en el calandrado, en cuyo caso el material es soportado por un tren de rodillos que impiden que se deforme o el que se obtiene por un estirado final aún a las temperaturas cercanas a las de calandrado (temperaturas demasiado bajas producirían tensiones residuales). El estirado se realiza en films de hasta 50μm.
Las últimas etapas del proceso son el enfriamiento, el recorte de bordes y el bobinado sin estiramiento adicional (empleo de rodillos de par torsor constante).
Para el caso de los elastómeros se obtiene el producto “en verde” sin vulcanizar. El horno de vulcanización puede situarse a la salida de la calandria para el caso de las cintas o bien se dispone del producto sin vulcanizar, en cuyo caso, el material es vulcanizado posteriormente, tal el caso de las cintas utilizadas en la fabricación de neumáticos (los neumáticos se fabrican con varias cintas de caucho crudo y se vulcanizan una vez confeccionado el mismo)

Recubrimiento por calandrado 
El recubrimiento por calandrado es una técnica adecuada para recubrir sustratos tales como papel, cartón, aluminio, tejidos, etc. El recubrimiento polimérico se añade en forma de pasta, sol o gel. Si se añaden agentes gasificantes puede obtenerse una lámina espumada.

Recubrimiento por calandrado

El disolvente o dispersante se evapora en contacto con cilindros calientes y/o en una estufa denominada secadero. Simultáneamente, se produce la descomposición del agente gasificante, si lo hay, y el eventual espumado de la lámina. Al final del proceso se produce el enfriado (cilindros enfriadores), corte y bobinado de la lámina.
También se puede realizar la estampación con el empleo de tintas mediante rodillos grabados. Las tintas pueden expandirse, por la superficie la lámina, con agentes gasificantes, pudiendo realizarse dibujos aplicando inhibidores de la gasificación.

Laminación 
El proceso de laminación es muy similar al calandrado pero con la diferencia que el material de partida son láminas prefabricadas. Este proceso permite combinar diferentes propiedades de distintos materiales dispuestos en capas. Por ejemplo, resistencia de una capa, baja permeabilidad de otra, etc.).

Laminación

La unión de las láminas se produce al pasar entre los rodillos de presión (nip rolls). Existen dos métodos de unión entre láminas:

1) Laminación con adhesivos. Los adhesivos pueden ser:
Secos: la unión se produce por reticulación por efecto del calor. Este tipo de adhesivo no genera residuos.
En emulsión o disolución: la eliminación de los disolventes se realiza mediante el secado del laminado en estufa (si el laminado es poroso), o eliminación en estufa previa a la laminación (si el laminado no es poroso).

2) Laminación térmica. Se aplica la temperatura necesaria en cada lámina para que queden soldadas. Este tipo de unión se realiza en caso de que los materiales de cada capa sean compatibles.

Productos obtenidos por calandrado 
Con este proceso se producen láminas que se utilizan como materia prima para otros procesos secundarios, pero también productos como cortinas de baño, alfombras, manteles e impermeables.
Las características de los materiales obtenidos por el proceso de calandrado son:
· posibilidad de obtener materiales planos con o sin brillo
· productos transparentes, opacos o de color
· baja permeabilidad al vapor de agua
· productos no tóxicos
· de espesor constante
· obtención de materiales rígidos o flexibles.
Entre los productos rígidos se encuentran las hojas para termoformado de blisters, confección de tarjetas de crédito y de uso general, rótulos, etiquetas, etc.

Las principales aplicaciones en materiales flexibles son: lonas de camión, laminados  "banners” (gigantografías impresas sobre láminas vinílicas), laminados de toldos, sombrillas y cubiertas, laminados para la fabricación de bolsas de sangre y suero, aplicaciones industriales como la fabricación de geo-membranas (láminas de PVC o goma para recubrimiento e impedir contaminación, fosa séptica, rellenos sanitarios, etc.)  y cintas transportadoras entre otras aplicaciones .

La caldera, en la industria, es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase a vapor saturado.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

• Esterilización (tindarización): era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también en los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de esterilización).
• Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentar petroleos pesados y mejorar su fluidez.
• Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.

Historia

Cuando James Watt observó que se podría utilizar el vapor como una fuerza económica que remplazaría la fuerza animal y manual, se empezó a desarrollar la fabricación de calderas, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias.

Las primeras calderas tuvieron el inconveniente de que los gases calientes estaban en contacto solamente con su base, y en consecuencia se desaprovechaba el calor del combustible. Debido a esto, posteriormente se les introdujeron tubos para aumentar la superficie de calefacción. Si por el interior de los tubos circulan gases o fuego, se les clasifican en calderas pirotubulares (tubos de humo) y calderas acuotubulares (tubos de agua). Hasta principios del siglo XIX se usó la caldera para teñir ropas, producir vapor para la limpieza, etc., hasta que Dionisio Papin creó una pequeña caldera llamada marmita en 1769. Se usó vapor para mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo, ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse, ésta dejaba de producir trabajo útil. Luego de otras experiencias, James Watt completó en 1776 una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica, ya que era un industrial inglés muy conocido.

Inicialmente fue empleada como máquina para accionar bombas de agua, de cilindros verticales; fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en los posteirores. Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años, como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas está la poca velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por kW de potencia; necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura.

Dentro de los diferentes tipos de caldera, se han construido para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes, tanto de carga como de pasajeros. Hay una caldera multi-humotubular con haz de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir, los gases de combustión caliente pasan por los tubos, cediendo su calor al agua que los rodea.

Para medir la potencia de la caldera, y como dato anecdótico, Watt recurrió a medir la potencia promedio de muchos caballos, y obtuvo unos 33.000 libras-pie/minuto o sea 550 libras-pie/seg., valor que denominó Horse Power, potencia de un caballo. Posteriormente, al transferirlo al sistema métrico de unidades, daba algo más de 76 kgm/seg. La Oficina Internacional de Pesos y Medidas de París, resolvió redondear ese valor a 75 más fácil de simplificar, llamándolo Caballo Vapor en homenaje a Watt.

Tipos de caldera

Esquema de una caldera acuotubular.

• Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación.

• Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape. No confundir esta definición con la de un intercambiador de calor.

Elementos, términos y componentes de una caldera

• Agua de alimentación: es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red con algún tratamiento químico como la desmineralización.
• Agua de condensado: es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor.
• Vapor seco o sobresaturado: Vapor de óptimas condiciones.
• Vapor húmedo o saturado: Vapor con arrastre de espuma proveniente de un agua de alcalinidad elevada.
• Condensador: sistema que permite condensar el vapor.
• Estanque de acumulación: es el estanque de acumulación y distribución de vapor.
• Desaireador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.
• Purga de fondo: evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.
• Purga de superficie: evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.
• Fogón u hogar: alma de combustión del sistema, para buscar una mejora continua de los recipientes y circuitos establecidos por la caldera.
• Combustible: material que produce energía calórica al quemarse.
• Agua de calderas: agua de circuito interior de la caldera, cuyas características dependen de los ciclos y del agua de entrada.
• Ciclos de concentración: número de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentación.
• Alcalinidad: nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO₃ que confiere una concentración de iones carbonatos e hidroxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11,5.
• Desoxigenación: tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas.
• Incrustación: sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.
• Dispersante: sistema químico que mantiene los sólidos descohesionados ante un evento de incrustación.
• Antiincrustante: sistema químico que les permite a los sólidos permanecer incrustantes en solución.
• Anticorrosivo: sistema químico que brinda protección por formación de filmes protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.
• Corrosión: véase Corrosión
• Índice de vapor/combustible: índice de eficiencia de producción de vapor de la caldera.

Una caldera es una máquina o instalación, diseñada y construida para producir vapor de agua a elevada presión y temperatura, las hay, desde pequeñas instalaciones locales para la producción de vapor para cocción de alimentos, planchado en serie de ropa, tratamientos sépticos de instrumentales y labores similares, con vapor de relativa baja temperatura y presión, hasta enormes instalaciones industriales, utilizadas para la alimentación de turbinas de generación de electricidad, y otros procesos industriales donde se requiere vapor en grandes cantidades, a altísimas temperaturas y presiones.

La caldera de vapor más elemental es la conocida olla a presión, tan común en nuestros hogares.

En esencia una caldera es un recipiente cerrado, lleno parcialmente de agua a la que se le aplica calor procedente de alguna fuente, tal como un combustible, rayos solares concentrados, electricidad etc. para hacerla hervir y producir vapores. Como estos vapores están confinados a un espacio cerrado, se incrementará la presión interior y con ello la temperatura de ebullición del agua según muestra el diagrama de fases, pudiéndose alcanzar finalmente muy elevados valores de presión y temperatura. Estos vapores se concentran en la parte superior del recipiente inicialmente vacío, conocido como domo, de donde se extrae vía conductos para ser utilizado en el proceso en cuestión.

Aunque el principio de trabajo es muy simple, las particularidades del proceso son complejas para un trabajo seguro y eficiente de la caldera, especialmente en las grandes instalaciones industriales.

Hay muchos tipos de calderas de acuerdo a las temperaturas y presiones finales, tipo de energía calorífica disponible y volumen de producción de vapor.

Cabe destacar además, que incluso, para las mismas condiciones generales, existen un gran número de diseños constructivos en cuanto al modo de intercambio de calor, la forma del quemado delcombustible, forma de alimentación del agua y otros muchos factores, lo que hace el tema de las calderas, objeto de grandes tomos técnicos así como de constante desarrollo.

En la figura 1 a continuación se muestra un esquema de una caldera simple, que utiliza carbón como combustible.