REVISTA OFICIAL de la Asociación de Corrugadores del Caribe, Centro y Suramérica (ACCCSA)
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Métodos de laboratorio estándares

Los métodos de laboratorio estándares tienen ya una larga tradición en la industria papelera. Ya a principios de este siglo se observó que existía la necesidad de estandarizar los diferentes métodos utilizados para caracterizar al papel. El ensayo de resistencia al estallido según Mullen, por ejemplo, se estandarizó como el primer método de ensayo de la TAPPI en 1917. Hoy existen alrededor de diez instituciones de normalización comprometidas para normalizar los métodos de ensayo.

El número de métodos de ensayo estandarizados ha aumentado también proporcionalmente, de forma que la situación, en algunas ocasiones, puede parecer confusa y difícil de manejar. No hay duda de que los métodos de ensayo estandarizados son necesarios como elementos de conexión entre el vendedor y el comprador con el fin de generar confianza mutua. En el campo de la investigación, los métodos de ensayo estandarizados constituyen también una condición previa para el intercambio de conocimientos. Sin los métodos de ensayo estandarizados, la comprensión del mercado papelero sería completamente imposible.

Métodos de ensayo de simulación frente a métodos de ensayo físicos

La existencia de gran número de métodos de ensayo tiene su explicación por el hecho de que muchos métodos son de simulación, esto es, el ensayo busca imitar cómo se comportaría el producto de papel durante su uso. Esto facilita un gran campo para la existencia de un alto número de métodos de ensayo, en principio tantos ensayos como áreas diferentes de utilización de los productos del papel, lo cual es una consideración desconcertante y no justificable.

Si, por otro lado, nos limitáramos a la medición de propiedades físicas individuales, nos quedaríamos restringidos a unos pocos métodos; pero, ¿pueden los transformadores del papel y los usuarios finales quedar satisfechos solo con las propiedades puramente físicas? ¡Probablemente no! Desde el punto de vista del transformador y del usuario final, el comportamiento del material es más interesante que sus propiedades. Necesitamos por tanto ambos métodos, los físicos y los de simulación, con el fin de ser capaces de comunicar adecuadamente cuáles son las propiedades del papel o de un producto del papel.

Es independiente si hablamos de ensayos de simulación o de propiedades físicas; lo que midamos debe ser de relevancia. Este es un criterio extremadamente importante y significa, en pocas palabras, que lo que midamos ha de ser relevante para el producto, tanto como información acerca del proceso de fabricación como información acerca de cómo se comportará el producto en la transformación o en su empleo final.

Los buenos métodos de ensayo requieren buenos instrumentos de ensayo

Un buen método de ensayo, además de satisfacer el criterio básico de ser relevante, debe medir lo que intenta medir, debe ser preciso y reproducible, y debe ser sencillo y rápido de realizar. Por lo tanto, los fabricantes de los instrumentos de ensayo para el control de calidad de un producto tan complicado como el papel se exponen a peticiones amplias pero justificadas.

Que el método de ensayo mida realmente lo que pretende medir no es siempre tan evidente como parece. Existen muchos ejemplos donde la norma publicada ha pasado por altos requerimientos esenciales con relación al diseño del instrumento de ensayo o a su manipulación. Puede estar relacionada con las tolerancias de medición que afectan a la pieza sometida a ensayo, como por ejemplo en el ensayo ECT, donde son extremadamente críticas determinan por completo el resultado del ensayo.

Tampoco es siempre fácil satisfacer el requerimiento de que el método deba ser preciso y reproducible. Muchos métodos son subjetivos o se ven afectados por la capacidad del operador de llevar a cabo el ensayo de un modo uniforme. Demasiado a menudo, las diferencias en los resultados aparecen entre operadores diferentes. En particular, determinados instrumentos de laboratorio manuales ya antiguos exigen esfuerzos poco razonables al personal de laboratorio. Un ejemplo es la medición de la fricción.

El requerimiento de que el método sea sencillo y fácil de realizar está cada vez más enfatizado. Todos sabemos que los costos de inversión para aparatos de laboratorio son insignificantes en comparación con los costos inmobiliarios y operativos. El precio de compra de los instrumentos de laboratorio es, por lo tanto, de importancia secundaria en la economía total. Lo importante es que dichos instrumentos de laboratorio lleven a cabo los ensayos deseados de una forma racional y precisa, en función de las normas prescritas. A menudo se invierte grandes sumas para justificar el riesgo de tener que desechar un envío completo o de tener que cubrir reclamaciones costosas por culpa de instrumentos de ensayo deficientes. Únicamente los instrumentos de laboratorio de la mejor calidad y el mejor rendimiento serán satisfactorios.

¿Qué necesita medir el fabricante de cartón corrugado?

La elección del método de ensayo no puede generalizarse de forma que se adapte a todos los fabricantes de cartón corrugado, pero por supuesto debe ser capaz de adaptarse a las diferentes condiciones que prevalezcan. Sin embargo, puede brindarse consejos de tipo general en relación a la estrategia de ensayo de laboratorio en el caso del cartón corrugado y sus componentes.

El problema puede estructurarse de muchas y diferentes maneras. Un método general que parta de las propiedades deseadas del producto final, debe seguir los diferentes pasos de transformación y fabricación hasta las propiedades que deben tener el liner y el fluting con el fin de obtener un buen resultado. Ello incluye tanto los requerimientos de capacidad de ejecución en las máquinas de transformación y embalaje, como las propiedades de servicio del producto, desde el punto de vista de la resistencia y desde su función de transmisor de la información.

Estación de trabajo Autoline 300: el laboratorio informatizado para el cartón corrugado

El laboratorio informatizado es desde hace mucho tiempo un concepto ya existente en la industria papelera. Ya en 1967, Lorentzen & Wettre entregaron el primer laboratorio informatizado Autoline. Desde entonces, Autoline ha pasado a ser un concepto y un sinónimo de última tecnología para los sistemas de laboratorio destinados al ensayo de papel.

Las demandas cada vez mayores sobre la capacidad de los laboratorios papeleros para generar datos de ensayos estandarizados precisos, han sido satisfechas, gracias a la rápida evolución de la electrónica y la tecnología informática, con instrumentos de ensayo modernos en combinación con Autoline. Lo que en los años setenta era posible solo para las grandes unidades de producción, ahora es una realidad para todos, para los fabricantes y transformadores de materia prima, grandes y pequeños. Hoy la pregunta es, en este caso, hasta qué punto podremos permitirnos dejar de realizar ensayos y hasta qué punto podremos permitirnos llevar a cabo ensayos sin la ayuda de la informática.

Los requerimientos de un sistema Autoline que deba satisfacer las necesidades de los fabricantes de materia prima y de la industria del cartón corrugado son diferentes en ciertos aspectos, y esta es la razón por la cual Lorentzen & Wettre han escogido desarrollar un producto, Autoline 300 W, adaptado especialmente a las necesidades de la industria del cartón corrugado.

Autoline 300 W está formado por una unidad de ordenador, con equipo para la realización impresa de informes; a esta unidad se conectan los instrumentos de ensayo Autoline compatibles.

Un equipo Autoline 300 W apto para el ensayo del cartón corrugado, puede incluir, por ejemplo:

un medidor para determinación del aplastamiento ECT, FCT y PAT;

un medidor de rigidez a la flexión de cuatro puntos para determinar la rigidez a la flexión en las dos direcciones, transversal (CD) y en dirección de la máquina (MD), así como la rigidez media geométrica a la flexión;

un medidor de resistencia al estallido;

un medidor de espesor para determinar el espesor de forma estándar;

una balanza para determinar el gramaje.

Con esta configuración del Autoline 300 W, se puede generar en forma rápida y precisa un informe de calidad completo para todos los grados de cartón corrugado. Se conseguirá un control satisfactorio mediante ensayos puntuales durante la producción. Las desviaciones de los límites de calidad establecidos se determinan rápidamente y pueden tomarse medidas (acciones correctivas) de forma inmediata, para que los requerimientos de calidad definidos puedan satisfacerse en todo momento. Estas medidas pueden incluir cualquier acción, desde pequeños ajustes hasta, si es necesario, detener la máquina. La seguridad de un buen control de calidad significa también que las perturbaciones en las últimas etapas de la producción puedan minimizarse y que en todo momento se le pueda garantizar al cliente un producto satisfactorio.

Capítulo 11

La importancia de las condiciones de la atmósfera de ensayo para las propiedades de resistencia

Debido al carácter higroscópico del cartón, las propiedades de resistencia de un producto de cartón corrugado dependen de la temperatura ambiente y de la humedad relativa. Para ser más concretos, es precisamente el contenido efectivo en humedad del material corrugado, independientemente de cómo haya sido obtenido, el que afecta a su resistencia. Es importante que los ensayos de laboratorio tengan lugar en las mismas condiciones de atmósfera de ensayo si los ensayos deben ser reproducibles y comparables entre laboratorios diferentes.

Por tanto, la atmósfera de ensayo ha sido estandarizada internacionalmente a una temperatura de 23°C ± 1°C y una humedad relativa de 50% ± 2%. En cuanto al material que será sometido a ensayo, con el fin de que alcance un equilibrio estable en el contenido de humedad en una atmósfera estandarizada, la pieza de ensayo debe acondicionarse durante un periodo de tiempo lo suficientemente largo. También es importante que el acondicionamiento a 23°C y 50% de humedad relativa (RH) tenga siempre lugar empezando desde aproximadamente un 30% RH, lo cual se denomina preacondicionamiento, para obtener un contenido reproducible de humedad en equilibrio. Esto se debe al denominado efecto de histéresis de humedad en el material de fibra. Pueden obtenerse diferencias de más de un 1,5% a causa del efecto de histéresis de humedad.

Internacionalmente se ha decidido que el contenido de humedad correcta en equilibrio es aquel que es obtenido en la absorción. Así, para un acondicionamiento preciso es necesario realizar un preacondicionamiento en una atmósfera muy seca.

11.1. El contenido en humedad de un liner y un fluting como función de la humedad relativa durante la absorción.

11.2. El contenido en humedad de un liner y un fluting como función de la humedad relativa durante la reabsorción.

11.3. El contenido en humedad de un liner y un fluting como función de la humedad relativa.

La sensibilidad al contenido de humedad de diferentes propiedades de resistencia

Diferentes propiedades del cartón corrugado y sus componentes son sensibles de diferentes maneras a los cambios en el contenido de humedad. En general, las propiedades de la resistencia a la compresión son muy sensibles a las variaciones en el contenido de humedad. Una buena regla empírica es que si el contenido de humedad del material se incrementa en un 1%, la resistencia a la compresión disminuye en un 8%. Un cambio en el contenido de humedad de aproximadamente el 1% se encuentra asociado a un cambio en la humedad relativa de entre el 50% y el 60%, aproximadamente.

Con relación al aparato de ensayo SCT (shortspan compression tester SE-053; probador de resistencia a la compresión STFI), en el que se consigue una compensación automática de la resistencia a la compresión gracias al ensayo simultáneo del contenido de humedad, se llevó a cabo una amplia investigación de la sensibilidad al contenido de humedad para el desarrollo de dicho probador. La investigación implicó el ensayo de un total de treinta y seis diferentes liners kraft y de grados de liners de prueba de nueve molinos diferentes de papel.

El cambio en la resistencia de los grados investigados, en cambio de unidad porcentual en contenido de humedad, varió de 7,1% a 10,2%, con un valor medio del 8,3%. El contenido de humedad de equilibrio para los diferentes materiales a 23°C y 20% RH, se encuentra entre el 6,0% y el 7,5%. No fue posible detectar una gran diferencia en el contenido de humedad en equilibrio entre el liner kraft y el liner de prueba. Posiblemente existía una tendencia a que el contenido de humedad en equilibrio del liner kraft fuera un 0,5% superior a lo probablemente esperado.

Otras propiedades de resistencia que se ven fuertemente afectadas por el contenido de humedad, son la rigidez a la tracción y por tanto también la rigidez a la flexión del cartón corrugado. La propiedad menos sensible a la humedad del liner y del cartón corrugado, del rango de 30% al 70% RH, es probablemente la resistencia al estallido, donde únicamente se producen variaciones muy moderadas de resistencia.

11.4. La resistencia a la compresión de un liner y un fluting como función del contenido de humedad en %. La resistencia a la compresión a 50% RH se ha fijado en 100 para todos los grados.

11.5. Valores del contenido de humedad de treinta y seis grados diferentes de liner y fluting como función de la humedad relativa.

Conclusión

La resistencia de una caja de cartón corrugado se ve afectada indirectamente por las condiciones atmosféricas. Es el contenido efectivo de humedad del cartón el que directamente determina su resistencia. Un material de cartón corrugado alcanza diferentes contenidos de humedad dependiendo de la atmósfera y también de su historia anterior, debido al efecto de histéresis de la humedad. Se ha determinado que el contenido de humedad en equilibrio de la mayoría de los materiales de liner y fluting a 23°C, con 50% RH, está entre el 6% y 7,5% medido después del preacondicionamiento a 23°C y 20% RH.

La resistencia a la compresión es muy sensible al contenido de humedad. Como regla empírica puede decirse que la resistencia disminuye en un 8% si el contenido de humedad aumenta en un 1%. Sin embargo, la regla empírica sólo es válida dentro del rango de aproximadamente un 4% del contenido de humedad de equilibrio a 23°C, 50% RH.

La rigidez a la tracción, que, junto con el espesor del cartón corrugado, determinan la rigidez a la flexión del cartón, es probablemente tan sensible al contenido de humedad como la resistencia a la compresión.

La resistencia al estallido queda relativamente poco afectada por el contenido de humedad.

Para determinar en el laboratorio las propiedades del cartón corrugado y sus componentes, los ensayos deben tener lugar en una atmósfera de ensayo estandarizada, de forma que se tenga la oportunidad de que los ensayos sean reproducibles y comparables.

En comparación con los cambios en la humedad atmosférica relativa, los cambios en la temperatura no afectan de una manera considerable las propiedades del cartón corrugado. La temperatura tiene, sin embargo, un ligero efecto propio sobre la resistencia del material y tiene un efecto indirecto a través de su incidencia sobre la humedad relativa. Para un contenido dado de humedad atmosférica absoluta, la humedad relativa disminuye al aumentar la temperatura, de forma que el efecto directo propio de la temperatura es entonces difícil de identificar.

En general, puede decirse que el material se “reblandece” y pierde su rigidez con el incremento de temperatura.

Con relación a los ensayos de laboratorio, puede decirse que las variaciones en los valores medidos de resistencia que se sospeche puedan ser causados por desviaciones de temperatura que se produzcan en la atmósfera de ensayo, no se consideran en general como de importancia decisiva. Dentro del rango de temperaturas en el que se utiliza habitualmente el cartón corrugado (entre -30°C y +40°C), los cambios en la resistencia causados directamente por diferencias de temperatura pueden estimarse en el orden del 10% como máximo.

 
 

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