ITMI20081711A1

ITMI20081711A1 - Dispositivo e metodo per la misura della permeabilita' all'acqua di un materiale

Info

Publication number: ITMI20081711A1
Application number: IT001711A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Cristini
Original assignee: Giuseppe Cristini S P A Sa
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-03-26
Also published as: WO2010035112A1; IT1391515B1; EP2329249A1; US20110259085A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?DISPOSITIVO E METODO PER LA MISURA DELLA PERMEABILIT? ALL'ACQUA DI UN MATERIALE?

La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo e ad un metodo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale.

In particolare, la presente invenzione ? relativa ad un dispositivo e ad un metodo per la misura della permeabilit? all?acqua di un feltro in movimento della sezione pressatura di una macchina da cartiera.

Come ? noto, in una macchina da cartiera uno strato di impasto di cellulosa, formato per circa il 3% da fibra e cariche minerali e per circa il 97% da acqua, viene avanzato lungo un percorso di produzione della carta che attraversa, in successione, una sezione di drenaggio dello strato di impasto che d? luogo ad un foglio di carta, una sezione di pressatura del foglio di carta cos? formato ed una sezione di essiccazione del foglio di carta.

Una prima porzione del percorso di produzione che attraversa la sezione di drenaggio definisce un percorso di drenaggio, lungo il quale lo strato di impasto di cellulosa avanza posato su di una tela che ruota ad anello, comunemente detta ?tela di formazione?, tenuta in tensione e guidata da appositi cilindri. Al di sotto della tela sono disposte, a distanza regolare l?una dall?altra, una pluralit? di unit? aspiranti ed una pluralit? di lame (?foils?) atte a rimuovere l?acqua dall?impasto durante l?avanzamento della tela rispettivamente per aspirazione e per asportazione.

Una seconda porzione del percorso di produzione che attraversa la sezione di pressatura definisce un percorso di pressatura, lungo il quale il foglio consolidato, ma ancora molto umido, proveniente dalla sezione di drenaggio, passa attraverso una serie di cilindri sovrapposti longitudinalmente e pressati l?uno contro l?altro, detti presse, i quali hanno il compito di disidratare il foglio consolidato. Ciascun cilindro ? rivestito da un tessuto ad anello, comunemente detto feltro pressa o pi? semplicemente feltro, tenuto in tensione e guidato da appositi cilindri. Il feltro ? normalmente realizzato in un tessuto formato da una struttura base rivestita da strati di nappa sintetica.

Un?elevata efficienza della sezione di pressatura riduce il costo del trattamento effettuato dalla sezione di essiccazione a valle della sezione di pressatura. Inoltre, ? molto importante che la disidratazione del foglio avvenga in maniera uniforme per evitare la formazione di disomogeneit? nel foglio.

Per questo scopo esistono in commercio dispositivi per controllare la permeabilit? all?acqua dei feltri. La permeabilit? dei feltri ?, infatti, di fondamentale importanza in quanto feltri aventi disuniformit? di permeabilit? possono dar luogo a disomogeneit? nel foglio generato e quindi ad un peggioramento della qualit? del foglio stesso. Nella fabbricazione del foglio non ? solo importante l?uniformit? della permeabilit? del feltro, ma anche il suo valore medio. Durante l?uso, i feltri tendono, infatti, a compattarsi per azione delle presse e ad intasarsi con le sostanze rilasciate dal foglio di carta. Questi fattori possono portare ad una riduzione notevole della capacit? di assorbimento dell?acqua da parte del feltro e quindi ad una riduzione dell?efficienza di lavoro del feltro stesso tali da richiedere la sua sostituzione.

Sono noti dispositivi per la misura della permeabilit? all?acqua dei feltri comprendenti un ugello, il quale viene appoggiato al materiale da analizzare e attraverso cui defluisce acqua e/o una miscela di acqua e aria mantenuta a flusso costante. La permeabilit? all?acqua del materiale in esame ? calcolata in funzione del valore di pressione rilevato all?interno dell?ugello.

Tuttavia, questo tipo di dispositivo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale non fornisce sempre dati di analisi attendibili e rappresentativi dello stato di permeabilit? del feltro e soprattutto ? influenzato dal quantitativo di acqua che il feltro contiene prima della misura di permeabilit?, oltre che dalla velocit? del feltro stesso.

Inoltre, ? spesso necessario misurare un altro parametro relativo ai feltri, l?umidit? residua. Tale parametro contribuisce, infatti, a ricavare dati di analisi rappresentativi dello stato del feltro.

? uno scopo della presente invenzione quello di fornire un dispositivo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale che sia privo degli inconvenienti qui evidenziati dell?arte nota; in particolare, ? uno scopo del trovato quello di fornire un dispositivo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale affidabile e di facile ed economica realizzazione. ? inoltre uno scopo della presente invenzione quello di fornire un dispositivo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale che al contempo sia in grado di valutare l?umidit? residua del materiale in esame.

In accordo con tali scopi, la presente invenzione ? relativa ad un dispositivo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale in movimento lungo una determinata direzione di avanzamento; il dispositivo comprendendo un ugello, attraverso il quale defluisce una determinata portata d?acqua che incide su una porzione superficiale del materiale; il dispositivo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere una prima e una seconda testa di lettura di un parametro indicativo della quantit? di acqua presente nel materiale disposte rispettivamente a monte e a valle dell?ugello lungo la direzione di avanzamento del materiale.

? inoltre uno scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale in movimento lungo una determinata direzione di avanzamento come rivendicato nella rivendicazione 12.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alla figura annessa, la quale ? una vista schematica di un dispositivo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale secondo la presente invenzione.

In figura ? indicato con il numero di riferimento 1 un dispositivo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale 2 in movimento lungo una determinata direzione di avanzamento D che, a seconda delle applicazioni del dispositivo 1, pu? essere curva, rettilinea, eccetera.

Qui e nel seguito verr? intesa con il termine permeabilit? la quantit? di acqua assorbita dal materiale in esame nell?unit? di tempo.

In particolare, qui e nel seguito verr? descritto, a titolo di esempio non limitativo, un dispositivo 1 per la misura della permeabilit? all?acqua di un feltro 2 di una pressa di una macchina da cartiera (non illustrata nelle figure allegate), il quale ? trascinato in rotazione dalla pressa in una determinata direzione di avanzamento D ad una velocit? VF sostanzialmente costante.

Resta inteso che il dispositivo 1 pu? essere impiegato in alternativa per la misura della permeabilit? all?acqua di altri materiali, per esempio di una tela di formazione della macchina da cartiera.

Il dispositivo 1 comprende un ugello 5, una prima testa di lettura 6a ed una seconda testa di lettura 6b, ed un?unit? di controllo 8. L?ugello 5 ? disposto in una prima posizione A lungo la direzione di avanzamento D, la prima testa di lettura 6a ? disposta in una seconda posizione B a monte della prima posizione A lungo la direzione di avanzamento D e la seconda testa di lettura ? disposta a valle della prima posizione A lungo la direzione di avanzamento D.

L?ugello 5 ? affacciato ad una porzione superficiale 9 del feltro 2 ed ? disposto in stretta prossimit? del feltro 2, mentre le teste di lettura 6a e 6b sono disposte sostanzialmente a contatto del feltro 2.

In particolare, l?ugello 5 ? collegato ad una sorgente d?acqua, ad esempio un serbatoio 10, e genera un getto di acqua con una portata d?acqua PU che incide sulla porzione superficiale 9 a pressione costante e sotto il controllo dell?unit? di controllo 8. Preferibilmente, la portata di acqua PU dell?ugello ? mista ad aria. Il diametro dell?ugello 5 pu? variare tra 0,5 e 5 mm circa.

Le teste di lettura 6a e 6b comprendono rispettivi sensori a microonde 11a e 11b, rispettivi sensori di temperatura 12a e 12b per la determinazione della temperatura del feltro 2, e rispettivi convertitori analogici digitali A/D 13a e 13b.

Ciascun sensore a microonde 11a, 11b comprende un trasmettitore a microonde ed un ricevitore a microonde (noti e non illustrati per semplicit? nella figura allegata) per rispettivamente inviare un segnale sul feltro 2 e rilevare una risposta al segnale. In particolare, ciascun sensore a microonde 11a e 11b comprende un circuito risonatore caratterizzato da una curva di risposta in frequenza sostanzialmente centrata attorno ad una frequenza di risonanza, in corrispondenza della quale si ha un valore minimo di ampiezza.

Nell?esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, il circuito risonatore dei sensori a microonde 11a e 11b ? del tipo a fessura. Tale circuito risonatore pu? essere realizzato mediante una curva di Hilbert del terzo ordine e collegato ad una linea di trasmissione a microstriscia mediante accoppiamento elettromagnetico oppure pu? essere realizzato mediante geometrie di tipo frattale accoppiate ad una linea di trasmissione planare tramite accoppiamento elettromagnetico. Resta inteso che ? possibile impiegare sensori a microonde di tipologia differente.

La presenza di un materiale, nella fattispecie del feltro 2, nelle vicinanze dei sensori a microonde 11a e 11b modifica la curva di risposta in frequenza del circuito risonatore, in termini di spostamento della frequenza di risonanza e quindi di variazione dell?ampiezza minima, in modo dipendente dalle caratteristiche fisiche del materiale stesso. Questa variazione della frequenza di risonanza del circuito risonatore ? legata essenzialmente alla costante dielettrica del materiale analizzato; pertanto, per una determinata costante dielettrica, la variazione della frequenza di risonanza ? legata allo spessore del materiale e ad altre caratteristiche chimico?fisiche legate direttamente o indirettamente alla costante dielettrica. Ad esempio, ciascun sensore a microonde 11a e 11b delle teste di lettura 6a e 6b ? in grado di determinare indirettamente il contenuto di acqua nel feltro 2. In particolare, ciascun sensore a microonde 11a e 11b ? in grado di fornire un valore di densit? superficiale di acqua DSa e DSb relativo alla porzione superficiale di feltro 2 che affaccia il rispettivo sensore a microonde 11a e 11b nell?istante in cui viene effettuata la misura.

Ciascun convertitore A/D 13a e 13b provvede alla conversione in digitale dei segnali analogici provenienti dal rispettivo sensore a microonde 11a e 11b e dal rispettivo sensore di temperatura 12a e 12b.

L?unit? di controllo 8, oltre a controllare il funzionamento delle teste di lettura 6a e 6b e dell?ugello 5, comprende mezzi di calcolo di un valore di umidit? residua UR del feltro 2 e mezzi di calcolo di un valore di permeabilit? P del feltro 2 sulla base dei valori di densit? superficiale di acqua DSa e DSb rilevati dalle teste di lettura 6a e 6b e tenendo conto della velocit? VF del feltro 2.

Inoltre, l?unit? di controllo 8 provvede alla memorizzazione e visualizzazione dei valori di umidit? residua UR e della permeabilit? P, ad esempio, su un display (non illustrato nelle figure allegate). Inoltre, l?unit? di controllo 8 pu? provvedere anche alla segnalazione di anomalie attraverso la visualizzazione di messaggi di allerta o attraverso l?attivazione di segnali di allarme.

Il funzionamento del dispositivo 1 in attuazione del metodo per la misura della permeabilit? P all?acqua del materiale 2 secondo la presente invenzione ? il seguente.

Una volta predisposto il dispositivo 1, e specificamente l?ugello 5 e la prima e la seconda testa di lettura 6a e 6b rispettivamente a monte e a valle dell?ugello 5 lungo la direzione di avanzamento D del materiale 2, si misura la densit? superficiale di acqua DSa presente nel feltro 2 mediante la prima testa di lettura 6a a monte dell?ugello 5.

Si spruzza quindi una determinata portata d?acqua PU sulla porzione superficiale 9 del feltro 2 mediante l?ugello 5 e si misura la densit? superficiale di acqua DSb nella porzione superficiale 9 del feltro 2 mediante la seconda testa di lettura 6b a valle dell?ugello 5; in particolare, il valore di densit? superficiale di acqua DSb viene rilevato nell?istante in cui si ha il passaggio della porzione superficiale 9, precedentemente irrorata con il getto di acqua, sotto la seconda testa di lettura 6b. L?attivazione della seconda testa di lettura 6b avviene sotto il comando dell?unit? di controllo 8, la quale tiene conto della velocit? VF del feltro 2.

Si calcolano poi, mediante l?unit? di controllo 8, un valore di umidit? residua UR del feltro 2 e un valore di permeabilit? P del feltro 2 a partire dalle misure della densit? superficiale di acqua DSa e DSb.

In particolare, il valore di umidit? residua UR del feltro 2 ? calcolato in base alla densit? superficiale di acqua DSb rilevata con la seconda testa di lettura.

La permeabilit? P ? calcolata in base della differenza tra il contenuto d?acqua nel feltro 2 valutato prima e dopo il getto d?acqua erogato dall?ugello 5.

In particolare, il valore di permeabilit? P del feltro 2 ? calcolato sostanzialmente utilizzando la seguente formula:

P=(DSa ?DSb ) ? V S

dove:

DSa ? il valore della densit? superficiale di acqua rilevato con la prima testa di lettura 6a espresso in g/m<2>; DSb ? il valore della densit? superficiale di acqua rilevato con la seconda testa di lettura 6b espresso in g/m<2>; e

VS ? una funzione della velocit? VF del feltro 2 e della maggiore tra la larghezza della porzione superficiale 9 del feltro 2 affacciata all?ugello 5 e le larghezze delle porzioni superficiali del feltro 2 affacciate ai sensori a microonde 11a e 11b, dove per larghezza intendiamo la misura lungo una direzione trasversale alla direzione D di avanzamento del feltro 2.

In particolare:

VS =V F ? L

Dove:

VF ? la velocit? del feltro in m/min;

L ? la maggiore tra la larghezza della porzione superficiale 9 del feltro 2 affacciata all?ugello 5 e le larghezze delle porzioni superficiali del feltro 2 affacciate ai sensori a microonde 11a e 11b.

La risoluzione dei sensori a microonde 11a e 11b ? opportunamente selezionata anche in funzione della velocit? VF del feltro 2 (tanto maggiore ? la velocit? VF prevista in uso, tanto maggiore deve essere la risoluzione dei sensori a microonde 11a e 11b per ottenere un dato di misura accurato).

Preferibilmente i sensori a microonde 11a e 11b utilizzati presentano una risoluzione compresa tra circa 0,5 e circa 20 g/m<2>.

Vantaggiosamente il dispositivo 1 consente di integrare due misure, di umidit? residua UR e di permeabilit? P, in uno stesso apparato. Inoltre, le due misure sono correlate nel tempo e nella posizione in quanto sono effettuate contemporaneamente. Ci? consente di ricavare dati di analisi attendibili e rappresentativi dello stato di funzionamento del feltro 2 e comporta, inoltre, evidenti vantaggi in termini di costi e di praticit? di gestione del dispositivo 1.

Risulta infine evidente che al dispositivo e al metodo qui descritti possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall?ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Dispositivo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale (2) in movimento lungo una determinata direzione di avanzamento (D); il dispositivo (1) comprendendo un ugello (5), disposto in una prima posizione (A) lungo la direzione di avanzamento (D) e attraverso il quale defluisce una determinata portata d?acqua (PU) per incidere su una porzione superficiale (9) del materiale (2); il dispositivo (1) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere una prima e una seconda testa di lettura (6a, 6b) di un primo ed un secondo parametro indicativo della quantit? di acqua (DSa, DSb) presente nel materiale (2); la prima testa di lettura (6a) essendo disposta in una seconda posizione (B) disposta a monte dell?ugello (5) lungo la direzione di avanzamento (D), e la seconda testa di lettura (6b) essendo disposta nella prima posizione (A) o a valle della prima posizione (A) lungo la direzione di avanzamento (D).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la prima e la seconda testa di lettura (6a, 6b) sono atte a rilevare una densit? superficiale di acqua (DSa, DSb) del materiale (2).
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la prima e la seconda testa di lettura (6a, 6b) comprendono rispettivi sensori a microonde (11a, 11b) per misurare il primo ed il secondo parametro indicativo della quantit? di acqua (DSa, DSb) presente nel materiale (2).
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la prima e la seconda testa di lettura (6a, 6b) comprendono rispettivi sensori di temperatura (12a, 12b) per misurare la temperatura del materiale (2).
5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la prima e la seconda testa di lettura (6a, 6b) comprendono rispettivi convertitori A/D (13a, 13b).
6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il convertitore A/D (13a, 13b) di ciascuna testa di lettura (6a, 6b) ? collegato al rispettivo sensore a microonde (11a, 11b) e al rispettivo sensore di temperatura (12a, 12b).
7. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le teste di lettura (6a, 6b) sono disposte sostanzialmente a contatto del materiale (2).
8. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un?unit? di controllo (8), la quale ? accoppiata alle teste di lettura (6a, 6b) e all?ugello (5) e comanda le teste di lettura (6a, 6b) e l?ugello (5).
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che l?unit? di controllo (8) comprende mezzi di calcolo dell?umidit? residua (UR) del materiale (2) in base al secondo parametro indicativo della quantit? di acqua (DSb) presente nel materiale (2).
10. Dispositivo secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che l?unit? di controllo (8) comprende mezzi di calcolo della permeabilit? (P) all?acqua del materiale (2) in base al primo e al secondo parametro indicativo della quantit? di acqua (DSa, DSb) presente nel materiale (2).
11. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la portata di acqua (PU) erogata dall?ugello (5) ? mista ad aria.
12. Metodo per la misura della permeabilit? all?acqua di un materiale (2) in movimento lungo una determinata direzione di avanzamento (D) e a velocit? costante (VF); il metodo comprendendo le fasi di: - predisporre un ugello (5) di erogazione di una portata d?acqua (PU) in una prima posizione (A) lungo la direzione di avanzamento (D) e disporre una prima testa di lettura (6a) di un primo parametro indicativo (DSa) della quantit? di acqua presente nel materiale (2) in una seconda posizione (B) a monte della prima posizione (A) lungo la direzione di avanzamento (D) del materiale (2) e disporre una seconda testa di lettura (6b) di un secondo parametro indicativo (DSb) della quantit? di acqua presente nel materiale (2) nella prima posizione (A) o a valle della prima posizione (A) lungo la direzione di avanzamento (D) del materiale (2); - misurare il primo parametro indicativo (DSa) della quantit? di acqua presente nel materiale (2) mediante la prima testa di lettura (6a); - spruzzare una determinata portata d?acqua (PU) su una porzione superficiale (9) del materiale (2) mediante l?ugello (5); - misurare il secondo parametro indicativo (DSb) della quantit? di acqua presente nella porzione superficiale (9) del materiale (2) mediante la seconda testa di lettura (6b); e - calcolare un valore di permeabilit? (P) all?acqua del materiale (2) a partire dalle misure del primo parametro indicativo (DSa) e del secondo parametro indicativo (DSb) della quantit? di acqua contenuta nel materiale (2).
13. Metodo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che le fasi di misurare il primo parametro indicativo (DSa) ed il secondo parametro indicativo (DSb) della quantit? di acqua comprendono rispettivamente una fase di rilevare, mediante sensori a microonde (11a, 11b) compresi nelle teste di lettura (6a, 6b), la densit? superficiale di acqua (DSa, DSb) nel materiale (2).
14. Metodo secondo la rivendicazione 12 o 13, caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di calcolare un valore di umidit? residua (UR) del materiale (2) sulla base del secondo parametro indicativo (DSb) della quantit? di acqua presente nel materiale (2).
15. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 12 a 14, caratterizzato dal fatto di calcolare il valore di permeabilit? (P) del materiale (2) mediante la formula: P=(DSa ?DSb ) ? V S dove: DSa ? il primo parametro indicativo della quantit? di acqua presente nel materiale (2) rilevato mediante la prima testa di lettura (6a); DSb ? il secondo parametro indicativo della quantit? di acqua presente nel materiale (2) rilevato mediante la seconda testa di lettura (6b); e VS ? una funzione della velocit? (VF) del materiale (2) e della maggiore tra la larghezza della porzione superficiale (9) del materiale (2) affacciata all?ugello (5) e le larghezze delle porzioni superficiali del materiale (2) affacciate alla prima e alla seconda testa di lettura (6a, 6b), dove per larghezza intendiamo la misura lungo una direzione trasversale alla direzione (D) di avanzamento del materiale (2).