A engenharia do Twist Wrapping: Uma análise técnica abrangente
Introdução: Além do invólucro
A embalagem com torção é um processo de alta velocidade que envolve os produtos em um filme flexível. O filme é selado por meio da torção de ambas as extremidades. Este artigo vai além dessa definição básica. Ele fornece uma análise técnica completa de todo o sistema. Exploraremos os princípios mecânicos fundamentais e a ciência dos materiais compatíveis. Também examinaremos a física que torna possível um envoltório bem-sucedido.
Isso o mergulho profundo tem como alvo os engenheiros e técnicos. Cobriremos a mecânica fundamental da formação de envoltórios. Você terá acesso a um detalhamento componente por componente do maquinário. Também forneceremos uma análise detalhada das propriedades do filme.
Examinaremos a física da própria torção. Em seguida, concluiremos com uma prática guia para otimização de processos e solução de problemas. Essa análise fornece a estrutura para entender o enrolamento de torção não como uma simples ação, mas como uma disciplina de engenharia de precisão.
Mecânica fundamental da embalagem
A criação de um envoltório de torção envolve uma sequência sincronizada de eventos mecânicos de alta velocidade. Compreender essa sequência é essencial para operar, manter e otimizar qualquer máquina de enrolamento por torção.
O processo se divide em cinco fases distintas. Cada fase tem parâmetros críticos que influenciam a qualidade final do produto embalado.
- Produto Alimentação
- O processo começa com o produto sendo alimentado por um funil ou recipiente vibratório. Produtos como balas duras ou chocolate são separados e cronometrados com precisão. Isso geralmente usa um disco de alimentação com bolsos moldados. Isso garante que um produto chegue à estação de empacotamento exatamente no momento certo.
- Alimentação e corte de filme
- Ao mesmo tempo, o material de empacotamento é retirado de uma bobina grande por rolos de alimentação. A máquina mede um comprimento preciso de filme necessário para um único envoltório. Em seguida, um conjunto de facas de corte corta o pedaço de filme da bobina principal de forma limpa. Esse conjunto pode ser do tipo rotativo ou guilhotina.
- Encapsulamento do produto
- O pedaço de filme cortado é posicionado diretamente no caminho do produto que está chegando. À medida que o produto é empurrado para a estação de empacotamento, o filme se dobra ao redor dele. Isso normalmente forma um tubo cilíndrico que envolve o item de forma frouxa.
- A ação de torcer
- Essa é a ação que define o processo. Um par de “twisters” ou “grippers” mecânicos prende firmemente as duas extremidades do tubo de filme. Em seguida, esses torcedores giram rapidamente em direções opostas. Isso cria as caudas torcidas características que selam a embalagem. O número de rotações é um parâmetro-chave ajustável.
- Descarga
- Quando a torção se forma, as garras da pinça se abrem e liberam o produto acabado. O item embalado é então ejetado do cabeçote de embalagem. Normalmente, ele vai para um transportador de descarga para ser transportado para o próximo estágio de embalagem ou revestimento.
Imagine isso como um fluxo linear: O produto entra, o filme é cortado e apresentado, o produto é empurrado por uma caixa dobrável para formar um tubo, as extremidades do tubo são presas e torcidas e o produto final é ejetado. Os principais parâmetros, como a tensão do filme durante a alimentação, a precisão do corte e a pressão da garra durante a torção, são essenciais para uma operação sem falhas.
Anatomia de uma máquina
Para dominar de fato o empacotamento por torção, você precisa entender o hardware. Uma máquina de embalagem por torção é um conjunto complexo de sistemas sincronizados. Cada um deles executa uma função específica e crítica.
Acionamento e transmissão
No centro de qualquer envolvedora de torção está o sistema principal de acionamento e transmissão. Um motor elétrico primário fornece a potência. Ela é distribuída por meio de uma série de caixas de engrenagens, correntes, correias e, em muitos projetos tradicionais, eixos de comando de válvulas. Esses cames traduzem o movimento rotativo em movimentos lineares precisos e cronometrados necessários para a alimentação, o corte e a torção do produto. Isso garante que cada ação seja perfeitamente sincronizada.
Desenrolamento e tensionamento do filme
Essa unidade gerencia o material de embalagem desde a bobina até a estação de corte. Ela consiste no suporte da bobina (eixo), em uma série de rolos-guia e em um sistema de tensionamento. A unidade de tensionamento, geralmente um conjunto de “braço de bailarina”, usa molas ou pressão pneumática para manter a tensão consistente na trama do filme. O controle preciso da tensão não é negociável. Uma tensão muito baixa causa alimentação inconsistente. Um excesso de tensão pode esticar ou rasgar o filme antes mesmo de chegar ao produto.
Conjunto de alimentação e corte
O conjunto de alimentação do filme usa um par de rolos de tração para retirar o filme da unidade de tensionamento e avançá-lo em um comprimento preciso. Esses rolos geralmente são revestidos de borracha. Imediatamente após esses rolos está o conjunto da faca. Pode ser uma faca rotativa que gira e corta contra uma bigorna. Ou pode ser uma lâmina do tipo guilhotina que faz um corte linear. A nitidez e o alinhamento dessa faca são cruciais para um corte limpo e sem bordas irregulares.
Cabeça de Embrulho e Twisters
Esse conjunto é o coração da máquina. Ele contém o bolso ou a plataforma onde o produto e o filme se encontram. Ele também possui os elementos de dobra que formam o tubo da empacotadora e o próprio conjunto de torção. Os torcedores são compostos de garras ou pinças projetadas para prender o filme com segurança sem danificá-lo. Um mecanismo dedicado, acionado pela transmissão principal, fornece o movimento de alta velocidade e contra-rotação. O design desse cabeçote diferencia as duas classes principais de empacotadoras por torção: movimento intermitente e contínuo.
Recurso | Movimento intermitente | Movimento contínuo |
Mecanismo | O produto e o filme param momentaneamente para a ação de torção. | O produto e o filme se movem continuamente através do cabeçote da embalagem. |
Velocidade (Wraps/Min) | Normalmente, de 200 a 600 WPM. | Pode exceder 1.500 WPM em modelos de alta velocidade. |
Manuseio de produtos | Geralmente mais suave devido à natureza start-stop. | Requer um controle mais preciso para manusear produtos em alta velocidade. |
Aplicações típicas | Produção pequena a média, produtos com formato irregular. | Produção de alto volume de uniformes produtos como balas duras. |
Complexidade mecânica | Mais simples e fácil de configurar e manter. | Mais complexo, exigindo controle avançado de tempo e movimento. |
As máquinas de movimento intermitente são cavalos de batalha conhecidos por sua flexibilidade. As máquinas de movimento contínuo são construídas para produzir com perfeição. Elas representam o auge da eficiência do empacotamento em alta velocidade.
Ciência dos materiais do filme
A seleção do material de empacotamento é tão importante quanto a configuração mecânica da máquina. Nem todos os filmes flexíveis podem formar e manter uma torção. O material deve possuir um conjunto específico de propriedades físicas para suportar o processo e manter a integridade da embalagem.
A escolha do filme certo é uma questão de ciência dos materiais. É preciso equilibrar a capacidade de processamento com a aparência final e o prazo de validade desejados.
Características do Dead-Fold
Sem dúvida, a propriedade mais importante para a embalagem de torção é a “dobra morta”. Essa é a capacidade de um material ser vincado, dobrado ou torcido e manter a nova forma sem voltar a se soltar. Materiais com excelente “dead-fold”, como papel encerado ou celofane, sofrem deformação plástica facilmente. Eles retêm a energia transmitida durante a torção. Um filme com dead-fold ruim se desdobrará com o tempo. Esse defeito é conhecido como "flagging".”
Resistência à tração e alongamento
Um filme de enrolamento por torção bem-sucedido requer um equilíbrio delicado entre resistência à tração e alongamento. O filme deve ter resistência à tração suficiente para suportar as forças de tração dos rolos de alimentação e a tensão de torção da ação de torção sem rasgar. No entanto, ele também precisa de um certo grau de alongamento (a capacidade de se esticar antes de se romper) para se conformar ao redor do produto e absorver a tensão de ser torcido em um pigtail apertado. Um filme que seja muito frágil se romperá. Um filme que se estende demais pode ficar distorcido ou perder o registro da impressão.
Coeficiente de fricção (CoF)
O Coeficiente de Fricção, ou “deslizamento”, do filme desempenha várias funções. Um CoF baixo (alto deslizamento) é necessário para que o filme se desloque suavemente sobre o da máquina placas-guia e rolos. No entanto, é necessária uma certa quantidade de atrito entre o filme e as garras do torcedor para garantir uma aderência firme. Além disso, o CoF entre a superfície interna do filme e o próprio produto pode influenciar o fato de o produto permanecer parado ou girar durante a ação de torção. Isso pode afetar a aparência final do envoltório.
Retenção de torção
A retenção de torção é o resultado prático das boas propriedades de dobra morta. É a capacidade do filme de manter a firmeza e o formato das extremidades torcidas muito tempo depois de o produto ter saído da máquina. Essa propriedade é vital para a integridade da embalagem. Ela evita que a embalagem se solte durante o transporte e na prateleira. Embora alguns materiais, como o celofane, tenham retenção de torção inerente, outros exigem uma formulação especial. Por exemplo, o polipropileno orientado (OPP) padrão tem baixa retenção de torção. Mas os filmes especializados de OPP coextrudados são projetados com aditivos e composições de camadas específicas para aprimorar suas propriedades de retenção de torção para essa aplicação.
Tipo de filme | Propriedade Dead-Fold | Espessura típica (mícrons) | Retenção de torção | Aplicativos comuns |
Papel encerado | Excelente | 30-50 | Excelente | Caramelo tradicional, caramelos |
Celofane (revestido) | Excelente | 20-35 | Excelente | Chocolates premium, balas duras, necessidades de alta clareza |
Cloreto de polivinila (PVC) | Bom | 15-25 | Bom | Confeitaria em geral, alternativa econômica |
Grau de torção OPP | Moderado a bom | 20-30 | Moderado a bom | Aplicações de alta velocidade, metalizadas ou impressas |
A física da “torção”
Uma torção bem-sucedida é um feito de deformação controlada do material. A compreensão da física em jogo permite que o engenheiro passe de simples ajustes para uma abordagem de primeiros princípios para a solução de problemas. O processo é um equilíbrio delicado de várias forças fundamentais.
A configuração da máquina é um exercício de aplicação e gerenciamento dessas forças. O objetivo é induzir uma deformação plástica permanente no filme sem causar falha no material.
- Tensão
Essa é a força longitudinal aplicada à trama do filme pelos sistemas de alimentação e tensionamento. Ela garante que o filme permaneça esticado e plano ao entrar na estação de empacotamento. Isso é fundamental para o corte e o posicionamento precisos. Uma tensão insuficiente leva a um controle ruim. A tensão excessiva pré-tensiona o filme, tornando-o mais suscetível a rasgos durante a torção.
- Compressão
À medida que o produto é empurrado para dentro do cabeçote de empacotamento, as placas ou guias de dobragem exercem uma força de compressão sobre o filme. Isso o transforma em um tubo ao redor do produto. Essa força deve ser suficiente para criar um ajuste confortável, mas não tão grande a ponto de danificar um produto macio ou prender o filme.
- Torção
Essa é a principal força que define o processo. Quando as mandíbulas do torcedor seguram as extremidades do filme e giram, elas aplicam uma força de torção. Essa força cria uma tensão de cisalhamento na estrutura molecular do filme. O objetivo é aplicar torção suficiente para exceder o limite elástico do filme e causar deformação plástica - o conjunto permanente que forma a torção - sem atingir a resistência máxima à tração do material, o que causaria fratura.
- Atrito
O atrito é uma força crítica, muitas vezes negligenciada. Há dois pontos-chave de ação. Primeiro, o atrito estático entre as garras do torcedor e a superfície do filme deve ser alto o suficiente para evitar que o filme escorregue durante a rotação. Segundo, o atrito entre o filme e o próprio produto ajuda a manter o produto parado enquanto as extremidades são torcidas. Se esse atrito for muito baixo, o produto poderá girar dentro da embalagem. Isso resulta em uma embalagem solta ou desalinhada.
Otimização do máquina para um filme e produto específicos A combinação é uma questão de ajustar a interação dessas quatro forças. O objetivo é obter uma torção consistente, segura e esteticamente agradável.
Otimização e solução de problemas
Mesmo com uma máquina mecanicamente sólida e o filme correto, para obter o desempenho ideal é necessário fazer o ajuste fino dos parâmetros do processo. A maioria dos problemas de produção pode ser atribuída a um desalinhamento entre as configurações da máquina, as propriedades do material e as características do produto.
Em nossa experiência, uma causa comum de ‘flagging’ (extremidades sem torção) não é uma falha da máquina. Em vez disso, é o uso de um filme com propriedades de dobra morta ruins ou a configuração da contagem de rotações do torcedor muito baixa para a ‘memória’ do material. Da mesma forma, um problema recorrente, como cortes ruins, geralmente é resolvido verificando-se primeiro a causa mais simples: uma faca cega ou desalinhada. Isso deve ser feito antes de investigar problemas de sincronização mais complexos com a velocidade do rolo de tração. A quebra de produtos é outro problema frequente. Quase sempre é causada pela pressão excessiva da pinça dos torcedores ou pelo fato de o produto estar descentralizado quando o enrolamento é iniciado.
Uma abordagem sistemática é a chave para a solução eficiente de problemas. Essa abordagem deve ser fundamentada em um entendimento da máquina e do material. A tabela a seguir descreve os defeitos comuns e suas prováveis causas técnicas.
Problema/Defeito | Causa(s) técnica(s) em potencial | Solução(ões) recomendada(s) |
Filme rasgando na torção | 1. Tensão excessiva do filme na unidade de desbobinamento. <br> 2. As garras do Twister têm bordas afiadas ou rebarbas. <br> 3. O material do filme é muito frágil (baixo alongamento). <br> 4. A velocidade de rotação do Twister é muito agressiva. | 1. Reduza a pressão do freio na bobina de filme ou ajuste o braço do dançarino. <br> 2. Inspecione, dê polimento ou substitua as garras do twister. <br> 3. Teste um filme alternativo com maior alongamento. <br> 4. Reduzir o perfil de aceleração dos twisters, se possível. |
Torção incompleta ou solta (“Flagging”) | 1. Número insuficiente de rotações do twister. <br> 2. Propriedade ruim de dobra morta do filme. <br> 3. O produto está escorregando dentro da embalagem durante a torção. <br> 4. A pressão da mandíbula do Twister está muito baixa, fazendo com que o filme escorregue. | 1. Aumente o número de rotações nas configurações da máquina. <br> 2. Mude para um filme com melhor dead-fold (por exemplo, celofane ou OPP de grau de torção). <br> 3. Verifique o CoF do produto para o filme; certifique-se de que o produto esteja centralizado. <br> 4. Aumente a pressão da garra de forma incremental. |
Invólucro Desalinhamento / impressão fora do centro | 1. Tempo incorreto entre a alimentação do produto e o corte do filme. <br> 2. Papel desalinhado guias antes da embalagem cabeça. <br> 3. Alimentação inconsistente do filme (deslizamento nos rolos de tração). <br> 4. Configuração incorreta do sensor de registro de impressão. | 1. Ajuste o tempo do empurrador de produto em relação à ação da faca. <br> 2. Alinhe novamente todas as placas e rolos de guia do filme. <br> 3. Limpe ou substitua os roletes de tração desgastados; verifique a pressão do rolete. <br> 4. Recalibre o sensor de marcas oculares. |
Danos/quebra de produtos | 1. Pressão excessiva das mandíbulas do torcedor. <br> 2. O produto não está centralizado corretamente no tubo de embalagem antes de ser torcido. <br> 3. O impacto do empurrador do produto é muito alto. <br> 4. O produto é frágil e não é adequado para as altas forças da embalagem de torção. | 1. Reduza a pressão de fixação do conjunto de torção. <br> 2. Ajuste o tempo e o alinhamento da alimentação do produto. <br> 3. Umedeça o empurrador de produtos ou diminua a velocidade do ciclo de alimentação. <br> 4. Avalie se um estilo de embalagem diferente (por exemplo, embalagem de fluxo) é mais apropriado. |
Conclusão: Dominando o processo
Essa análise percorreu desde a sequência fundamental de um envoltório de torção até os detalhes intrincados da anatomia da máquina, da ciência dos materiais e da física subjacente da ação de torção. Desconstruímos o processo para revelar seu núcleo técnico.
O enrolamento por torção bem-sucedido e de alta eficiência é o resultado de uma harmonia projetada com precisão. É um equilíbrio de sincronização mecânica que garante o tempo perfeito. Requer uma ciência de materiais que forneça um filme capaz de manter sua forma. E é necessária a aplicação controlada de forças físicas que deformam esse filme em uma vedação segura.
O entendimento completo desses princípios interconectados é o que eleva um técnico ou engenheiro de um operador básico a um verdadeiro especialista em processos. Esse conhecimento os capacita não apenas a resolver problemas, mas também a otimizar proativamente a operação. Eles podem maximizar a qualidade, o rendimento e a confiabilidade geral desse método clássico de embalagem.
- Packaging World - a principal publicação do setor de embalagens https://www.packworld.com/
- PMMI - Associação para Tecnologias de Embalagem e Processamento https://www.pmmi.org/
- Estratégias de embalagem - Notícias e inovações do setor https://www.packagingstrategies.com/
- Packaging Digest - Tendências em tecnologia de embalagens https://www.packagingdigest.com/
- Associação de Embalagens Flexíveis (FPA) https://www.flexpack.org/
- Instituto de Profissionais de Embalagem (IoPP) https://www.iopp.org/
- ProMach - Soluções para máquinas de embalagem https://www.promach.com/
- Packaging Europe - Tecnologia europeia de embalagens https://packagingeurope.com/
- ISA - Sociedade Internacional de Automação https://www.isa.org/
- Food Processing Magazine - Tecnologia de fabricação de alimentos https://www.foodprocessing.com/
