CAMILA FEOLA
PRINCIPAIS FATORES A CONSIDERAR PARA MELHORAR
A INTEGRIDADE NA TERMOSSOLDAGEM DAS
EMBALAGENS FLEXÍVEIS DE POLIPROPILENO
BIORIENTADO
SÃO CAETANO DO SUL
2009
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CAMILA FEOLA
PRINCIPAIS FATORES A CONSIDERAR PARA MELHORAR
A INTEGRIDADE NA TERMOSSOLDAGEM DAS
EMBALAGENS FLEXÍVEIS DE POLIPROPILENO
BIORIENTADO
Dissertação apresentada à Escola de Engenharia
Mauá do Centro Universitário do Instituto Mauá de
Tecnologia para obtenção do título de Mestre em
Engenharia de Processos Químicos e Bioquímicos
Linha de Pesquisa: Engenharia de Embalagem
Orientador: Prof. Dr. Antonio Carlos Dantas Cabral
SÃO CAETANO DO SUL
2009
Feola, Camila
Principais fatores a considerar para melhorar a integridade na
Termossoldagem das embalagens de polipropileno biorientado / Camila
Feola.— São Caetano do Sul, SP: CEUN-EEM, 2009.
89 p.
Dissertação de Mestrado — Programa de Pós-Graduação. Linha de
Pesquisa: Engenharia de Embalagem — Escola de Engenharia Mauá do
Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do
Sul, SP, 2009.
Orientador: Prof. Dr. Antonio Carlos Dantas Cabral
1. Microfuros 2. Máquinas verticais – Filme de polipropileno I. Instituto
Mauá de Tecnologia. Centro Universitário. Escola de Engenharia Mauá.
II. Título.
CAMILA FEOLA
PRINCIPAIS FATORES A CONSIDERAR PARA MELHORAR
A INTEGRIDADE NA TERMOSSOLDAGEM DAS
EMBALAGENS FLEXÍVEIS DE POLIPROPILENO
BIORIENTADO
Dissertação apresentada à Escola de Engenharia
Mauá do Centro Universitário do Instituto Mauá de
Tecnologia para obtenção do título de Mestre em
Engenharia de Processos Químicos e Bioquímicos
Linha de Pesquisa: Engenharia de Embalagem
Banca examinadora:
Prof. Dr. Antonio Carlos Dantas Cabral
Orientador
Escola de Engenharia Mauá
Profa. Dra. Susana M.G. Lebrão
Escola de Engenharia Mauá
Prof. Dr. Jose de Assis Fonseca Faria
Faculdade de Engenharia de Alimentos da Unicamp
SÃO CAETANO DO SUL
2009
AGRADECIMENTOS
•
Ao Prof. Dr. Antonio Carlos Dantas Cabral pela orientação a este trabalho.
•
Ao Luiz Claudio Carvalho, que foi um dos importantes responsáveis pelo ingresso a
este Mestrado.
•
Ao Alexandre, meu marido pelas noites e finais de semana que compreendeu a
minha ausência para concentrar-me na elaboração deste trabalho.
•
A todos que direta ou indiretamente me apoiaram e incentivaram a vencer esta
batalha tão sonhada.
RESUMO
Embalagens flexíveis laminadas para salgadinhos são compostas por duas camadas de
polipropileno biorientado sendo a primeira transparente, usada como veículo de impressão e
a segunda, metalizada que é barreira à passagem de luz e umidade. Para o enchimento de
embalagens do tipo almofada, denominação comum de mercado para embalagens flexíveis
de salgadinhos, é utilizada máquina do tipo forma – enche – sela. Os controles de processo
adotados, para avaliar a qualidade do fechamento das embalagens, assegurando a vida útil
para os produtos, não são suficientes para evitar altos índices de falhas, especialmente,
microfuros bem acima de 1%, que é o máximo tolerado. Não existem, na literatura técnica,
procedimentos operacionais que estabeleçam a melhor combinação entre a espessura total
do material versus perfil do mordente horizontal versus temperatura de termossoldagem
versus velocidade de enchimento, para obtenção de embalagens com termossoldagens
íntegras. Obtê-las foi o foco do trabalho que considerou os seguintes parâmetros: a) três
composições de estruturas laminadas de polipropileno biorientado com espessuras total de
40, 45 e 50µ; b) três perfis de mordente horizontal [M1 (Passo= 2 mm/ ângulo= 120º,
largura= 10 mm e Profundidade= 0,49 mm), M2 (Passo= 2 mm/ ângulo= 60º, largura= 10
mm e Profundidade= 1,45mm) e M3 (Passo= 1,5 mm/ ângulo= 60º, largura= 12 mm e
Profundidade= 1,5mm)]; c) três diferentes combinações de velocidade de enchimento e
temperatura de termossoldagem (50 embalagens/ min a 120ºC, 60 embalagens/ min a
140ºC e 80 embalagens/ min a 160ºC). Os resultados mostraram que condições
operacionais próximas da ideal foram obtidas com filme de 40µ, usado atualmente pela
Pepsico do Brasil Ltda, utilizando um perfil específico de mordente (M2), operando a 50
embalagens/ minuto com temperatura de termossoldagem igual a 120ºC.
Palavras-chave: Embalagens flexíveis, termossoldagem, microfuros.
ABSTRACT
Laminated flexible packaging for savory snacks are composed by two layers of bi-oriented
polypropylene, one transparent and other metallized. The first one worked as a vehicle for
impression and the second one worked as a light and moisture barrier. A machine type form
– fill – seal was used to fill with products the pillow bags, regular market name for flexible
packaging for snacks. The process control used to evaluate the quality of packaging sealing
ensuring a larger shelf-life of the products are not sufficient to avoid high defects index,
especially, micro holes, normally much higher than 1% (maximum acceptable value). There
are no operational procedures in the technical literature that establish the best combination
among total material thickness, horizontal sealing jaw profile, heat sealing temperature and
fill speed to obtain packaging with full sealing. The objective of this work was obtaining these
operational procedures considering the following parameters: a) three types of laminated
structure of bi-oriented polypropylene with total thickness of 40, 45 e 50µ; b) three horizontal
sealing jaw profile [M1 (height= 2 mm/ angle= 120º, width = 10 mm and depth= 0,49 mm),
M2 (height= 2 mm/ angle= 60º, width = 10 mm and depth = 1,45mm) e M3 (height= 1,5 mm/
angle= 60º, width= 12 mm and depth = 1,5mm)]; c) three different types of fill speed and heat
sealing temperature (50 units/ min at 120ºC, 60 units/ min at 140ºC and 80 units/ min at
160ºC). The results shown the best operational conditions were achieved with film of 40µ,
used recently by Pepsico of Brazil Ltda, a specific sealing jaw (M2), operating at 50 units/min
with heat sealing temperature of 120ºC.
Key words: flexible packaging, heat sealing, micro holes.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 – IMPORTÂNCIA DOS SEGMENTOS DE SALGADINHOS NO MERCADO BRASILEIRO ................ 14
FIGURA 2 – ESTIMATIVA DE CRESCIMENTO DE POLIPROPILENO BIORIENTADO EM TONELADAS ......... 20
FIGURA 3 – ESQUEMA DE OBTENÇÃO DO POLIPROPILENO ......................................................................... 22
FIGURA 4 – CORTE TÍPICO DE EXTRUSORA.................................................................................................... 24
FIGURA 5 – EXTRUSORA PLANA ....................................................................................................................... 24
FIGURA 6 – EXEMPLO DE COEXTRUSÃO DE POLÍMEROS ............................................................................. 26
FIGURA 7 – ETAPAS DE ORIENTAÇÃO DO POLIPROPILENO BIORIENTADO................................................ 28
FIGURA 8 – EQUIPAMENTO DE METALIZAÇÃO A ALTO VÁCUO .................................................................... 29
FIGURA 9 – MÁQUINA DE EMPACOTAMENTO VERTICAL ............................................................................... 40
FIGURA 10 – COLARINHOS................................................................................................................................. 41
FIGURA 11 – MORDENTE HORIZONTAL DE AQUECIMENTO COM ESTRIAS HORIZONTAIS ....................... 42
FIGURA 12 – MORDENTE HORIZONTAL DE AQUECIMENTO COM ESTRIAS VERTICAIS ............................. 43
FIGURA 13 – MORDENTE HORIZONTAL DE AQUECIMENTO COM ESTRIAS DIAGONAIS ............................ 43
FIGURA 14 – MORDENTE HORIZONTAL DE AQUECIMENTO LISO ................................................................. 44
FIGURA 15 – MORDENTE HORIZONTAL DE IMPULSO ..................................................................................... 44
FIGURA 16 – MORDENTE VERTICAL ................................................................................................................. 45
FIGURA 17 – ESQUEMA DE TIPOS DE ABERTURA DE EMBALAGENS FLEXÍVEIS........................................ 47
FIGURA 18 – ESQUEMA DE ABERTURA E FECHAMENTO DO MORDENTE HORIZONTAL ........................... 49
FIGURA 19 – FLUXOGRAMA DE FABRICAÇÃO DE BATATA CHIPS ................................................................ 51
FIGURA 20 – TEXTURA DE ALIMENTOS EM FUNÇAO DA ATIVIDADE DE ÁGUA (Aw) .................................. 59
FIGURA 21 – RESULTADOS DE UMIDADE DE BATATAS CHIPS EM EMBALAGENS DE BOPP/ BOPP MET
DURANTE 10 SEMANAS ...................................................................................................................................... 60
FIGURA 22 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE PERFIL DE MORDENTE............................................... 64
FIGURA 23 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA PARA VERIFICAÇÃO DE ALINHAMENTOS DOS
MORDENTES ........................................................................................................................................................ 66
FIGURA 24 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DOS PONTOS DE CONTROLE DE TEMPERATURA DO
MORDENTE .......................................................................................................................................................... 66
FIGURA 25 – ESQUEMA PARA COLETA DA AMOSTRA .................................................................................... 68
FIGURA 26 – ANÁLISE VISUAL DE RESISTÊNCIA DE TERMOSSOLDAGEM .................................................. 69
FIGURA 27 – DOBRAS NA TERMOSSOLDAGEM .............................................................................................. 69
FIGURA 28 – RUGAS NA TERMOSSOLDAGEM ................................................................................................. 69
FIGURA 29 – CÂMARA DE VÁCUO PARA TESTE DE INTEGRIDADE DE SELAGEM – ENSAIOS DE
BOLHAS................................................................................................................................................................. 71
FIGURA 30 – ESQUEMA PARA IDENTIFICAÇÃO DE MIRCOFUROS................................................................ 71
FIGURA 31 – MEDIÇÃO DE AIR FILL................................................................................................................... 73
FIGURA 32 – FATIAS DE BATATAS FRITA INTEIRAS........................................................................................ 73
FIGURA 33 – FATIAS DE BATATAS FRITA PARCIAIS........................................................................................ 74
FIGURA 34 – SCRAPS DE FATIAS DE BATATAS FRITA.................................................................................... 74
FIGURA 35 – LÓGICA DOS TESTES DA ETAPA 3 PARA OS PERFIS DE MORDENTES 2 OU 3..................... 77
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – TOTAL DE SALGADINHOS NO BRASIL EM VOLUME (TONELADAS) E VALOR (R$) .................. 13
TABELA 2 – O MERCADO BRASILEIRO DE EMBALAGENS – MIL TONELADAS.............................................. 19
TABELA 3 – PARTICIPAÇÃO DOS MATERIAIS DE EMBALAGEM FLEXÍVEIS NO MERCADO BRASILEIRO .. 20
TABELA 4 – O MERCADO DE EMBALAGENS PARA ALIMENTOS – TONELADAS - 2008 ............................... 21
TABELA 5 – PROPRIEDADES DOS FILMES DE POLIPROPILENO BIORIENTADO METALIZADOS ............... 31
TABELA 6 – COMPARAÇÃO DE BARREIRA COM OUTROS SUBSTRATOS EM FILMES DE 25µ ................... 35
TABELA 7 – ESPESSURAS, GRAMATURAS, TPO2 E TPVA DOS MATERIAIS DE BOPP/ BOPP MET ............ 63
TABELA 8 – PERFIL DOS MORDENTES ............................................................................................................. 64
TABELA 9 – PONTOS MÉDIOS DE TEMPERATURA versus TEMPO DE CONTACTO DOS MORDENTES ..... 65
TABELA 10 – CONDIÇÕES OPERACIONAIS DO EQUIPAMENTO ETAPA 1 ..................................................... 75
TABELA 11 – CONDIÇÕES OPERACIONAIS DO EQUIPAMENTO ETAPA 2 ..................................................... 76
TABELA 12 – CONDIÇÕES OPERACIONAIS DO EQUIPAMENTO ETAPA 3 ..................................................... 76
TABELA 13 – TEMPERATURA AO LONGO DO PERFIL DOS MORDENTES HORIZONTAIS – M1 .................. 79
TABELA 14 – RESULTADOS DA ETAPA 1 .......................................................................................................... 79
TABELA 15 – RESULTADOS DA ETAPA 2 FILME 2............................................................................................ 81
TABELA 16 – RESULTADOS DA ETAPA 2 FILME 3............................................................................................ 82
TABELA 17 – TEMPERATURA AO LONGO DO PERFIL DOS MORDENTES HORIZONTAIS – M2 .................. 84
TABELA 18 – RESULTADOS DA ETAPA 3 FILME ATUAL MORDENTE M2 ....................................................... 84
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 12
1.1 OBJETIVO ..................................................................................................................... 12
1.2 JUSTIFICATIVA............................................................................................................. 13
1.3 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA ........................................................................................ 16
1.4 QUESTÃO DA PESQUISA ............................................................................................ 17
1.5 CONTRIBUIÇÃO DO TRABALHO ................................................................................. 17
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................... 18
2.1 FILME FLEXÍVEL DE POLIPROPILENO BIORIENTADO (BOPP)................................. 18
2.1.1 Mercado de embalagens flexíveis............................................................................ 19
2.1.2 Matéria-prima ............................................................................................................ 21
2.1.3 Processo de fabricação............................................................................................ 23
2.1.3.1 Extrusão................................................................................................................... 23
2.1.3.2 Coextrusão .............................................................................................................. 25
2.1.3.3 Biorientação............................................................................................................. 27
2.1.3.4 Metalização.............................................................................................................. 28
2.1.4 Propriedades físicas, químicas e mecânicas do BOPP ......................................... 29
2.1.4.1 Propriedades de filmes de polipropileno biorientado ................................................ 30
2.1.5 Fornecedores de polipropileno biorientado............................................................ 31
2.1.5.1 Filmes de polipropileno biorientado – Vitopel Ltda ................................................... 32
2.1.6 Conversão ................................................................................................................. 33
2.1.7 Outras considerações .............................................................................................. 35
2.2 MÁQUINAS DE EMPACOTAMENTO – VFFS ............................................................... 36
2.2.1 Fabricantes................................................................................................................ 37
2.2.2 Princípios de funcionamento ................................................................................... 39
2.2.2.1 Tubo formador ......................................................................................................... 40
2.2.2.2 Correias de arraste .................................................................................................. 41
2.2.2.3 Mordentes................................................................................................................ 42
2.2.3 Termossoldagem ...................................................................................................... 45
2.2.3.1 Tipos de abertura..................................................................................................... 47
2.2.3.2 Elementos da termossoldagem................................................................................ 48
2.3 DESEMPENHO DO FILME DE POLIPROPILENO BIORIENTADO EM MÁQUINA
VERTICAL NA INDÚSTRIA DE SALGADINHOS................................................................. 50
2.3.1 Batata Frita ................................................................................................................ 52
2.3.1.1 Qualidade ................................................................................................................ 54
2.3.2 Empacotamento primário......................................................................................... 55
2.3.2.1 Controle de qualidade da embalagem...................................................................... 56
2.3.2.2.Controle de qualidade do alimento.............................................................................57
3. MATERIAIS E MÉTODOS............................................................................................... 62
3.1 MATERIAIS ................................................................................................................... 62
3.2 EQUIPAMENTOS .......................................................................................................... 63
3.2.1 Condições de operação do equipamento ............................................................... 65
3.3 METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DAS EMBALAGENS................................................ 67
3.3.1 Inspeção .................................................................................................................... 68
3.3.1.1 Integridade do sistema de fechamento .................................................................... 70
3.3.1.2 Nível de ar interno (air fill) ........................................................................................ 72
3.4 ETAPAS ........................................................................................................................ 75
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO....................................................................................... 78
4.1 ETAPA 1........................................................................................................................ 78
4.2 ETAPA 2........................................................................................................................ 80
4.3 ETAPA 3........................................................................................................................ 83
5. CONCLUSÃO.................................................................................................................. 86
6. SUGESTÕES .................................................................................................................. 87
REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 88
12
1.
INTRODUÇÃO
O problema é da máquina ou da embalagem flexível? Este dilema é muito comum, na
maioria das empresas, tanto as que utilizam quanto as que fabricam a embalagem,
pois em determinadas questões, estes últimos têm profundo conhecimento do insumo
e da estrutura final e nenhuma das partes conhece as características ideais do
equipamento de enchimento automático para formação de uma embalagem.
Tal fato ocorre por não existir na literatura técnica, procedimentos operacionais que
estabeleçam a interação entre o tipo do material de embalagem e os parâmetros de
funcionamento dos equipamentos de enchimento, que resultem em embalagens
íntegras e com qualidade de fechamento e que assegure a vida útil dos produtos
industrializados.
Esta foi a força motriz deste trabalho: correlacionar os parâmetros de máquinas
verticais de enchimento automático e as características do material de embalagem
com o intuito de determinar as condições operacionais ideais para que os padrões de
qualidade de termossoldagem das embalagens sejam atingidos.
1.1
OBJETIVO
O objetivo deste trabalho foi propor condições ideais de operação de máquinas
verticais do tipo VFFS1, utilizando filme de polipropileno biorientado laminado, para se
obter embalagens flexíveis do tipo almofada com termossoldagem íntegra para batatas
fritas industrializadas.
1
Vertical form fill seal, (vertical - forma – enche – sela).
13
1.2
JUSTIFICATIVA
Os produtos industrializados consumidos em refeições rápidas ou muito leves são
denominados salgadinhos e podem ser fritos tais como: batatas fritas, produtos
extrusados e expandidos, os amendoins e produtos similares.
O mercado de salgadinhos, em 2007, apresentou forte crescimento em relação a
2006, em volume (53.105 toneladas) e em valor (R$1,00 milhão), conforme
apresentado na Tabela 1.
TABELA 1 – TOTAL DE SALGADINHOS NO BRASIL EM VOLUME (TONELADAS) E VALOR (R$)
Ano
2004
2005
2006
2007
Volume (Tons)
86.443
96.022
105.340
158.355
Valor (Milhões de R$)
1.222
1.490
1.737
2.742
FONTE: ACNielsen 2008
Analisando o mercado de salgadinhos em todas as categorias apresentadas na Figura
1 verifica-se que a participação de batata frita industrializada do tipo snacks,
apresentou relativa estabilidade entre 2006 e 2007, não ultrapassando 12% do volume
total de salgadinhos no mercado brasileiro frente às demais categorias.
14
FIGURA 1 – IMPORTÂNCIA DOS SEGMENTOS DE SALGADINHOS NO MERCADO BRASILEIRO
FONTE: ACNielsen 2008
Para comercializar as batatas fritas industrializadas é preciso proteger o produto
adequadamente a fim de assegurar a manutenção da qualidade dentro dos
parâmetros estabelecidos pelo fabricante. A embalagem deve cumprir essa missão ao
minimizar: a) a passagem de luz que potencializa a oxidação do produto pelo contato
com oxigênio existente do espaço; b) a passagem de umidade mantendo a crocância
do produto. E é por isso que os fabricantes utilizam filmes laminados metalizados, à
base de Polipropileno Biorientado - BOPP2, pois esses materiais são barreiras à
umidade e à luz.
As embalagens que utilizam esse material são formadas em equipamentos verticais do
tipo VFFS, os mais usados pelas indústrias de salgadinhos no Brasil.
Se a embalagem de batatas fritas for especificada corretamente, mas apresentar
microfuros, decorrentes do manuseio abusivo ou de condições inadequadas de
termossoldagem, pode ocorrer a redução da vida – de – prateleira do produto devido à
perda de crocância. Assim sendo, no ambiente industrial, todo o cuidado deve ser
tomado para que ela não apresente falhas que possam comprometer a proteção
2
BOPP – Poliropileno Biorientado.
15
oferecida pelo material. Para tanto, mede-se a sua resistência mecânica e avalia-se a
sua integridade.
Convém lembrar que a termossoldagem é essencial para
manutenção das propriedades de barreira à umidade do material na embalagem final
(MILTZ, 1980; YOUNG, 1985).
Motta. A. et al (2004), analisaram embalagens de salgadinhos ao longo de toda a
cadeia produtiva, até os pontos de venda, e constataram que 80% daquelas que estão
no mercado têm deficiência na termossoldagem, expondo o produto aos riscos já
mencionados. As falhas podem ocorrer na fábrica, no equipamento VFFS e, até o
momento, não foi identificado um meio de eliminá-las.
A bibliografia sobre o tema não é muito extensa, concentra-se na especificação das
condições de termossoldagem em laboratório e deixa claro serem necessárias
adaptações dos resultados obtidos para aplicação no ambiente fabril. Em um desses
trabalhos, Oliveira (1995) mostrou a influência dos perfis de mordente na qualidade de
termossoldagem em embalagens plásticas metalizadas. Na conclusão do estudo
conduzido em laboratório, sugeriu a continuidade da pesquisa a ser realizada em
escala industrial.
Dois fatos apresentados justificam a execução desse trabalho:
a) a necessidade de se reduzir perdas reais e potenciais ao eliminar os microfuros
nas embalagens, e
b) a inexistência de bibliografia técnica específica sobre e influência dos perfis de
mordentes na qualidade das termossoldagens em condições normais de
operação.
16
Em síntese, este estudo irá avaliar interações entre a estrutura de BOPP e o
equipamento de enchimento VFFS, que são os mais usados no mercado e pela
Pepsico do Brasil Ltda, visando:
a) identificar qual a espessura recomendada para os filmes convertidos com
barreira à umidade máxima de 0,5g H2O/m2.dia e usados em embalagens de
salgadinhos – serão utilizados materiais convertidos com três espessuras totais
diferentes.;
b) determinar as temperaturas dos mordentes e velocidades de enchimento que
devem ser consideradas nas máquinas verticais para se obter embalagens
com percentual de microfuros inferior ao que existe hoje;
c) determinar qual o melhor perfil de mordente para a termossoldagem dos filmes
de polipropileno biorientado – serão utilizados 3 perfis diferentes de mordentes.
1.3
DEFINIÇÃO DO PROBLEMA
A incidência de microfuros em estruturas laminadas de polipropileno biorientado em
máquinas verticais do tipo forma – enche - sela é muito freqüente e, atualmente, não
há recomendação técnica para eliminar ou pelo menos minimizar essa ocorrência e os
prejuízos dela advindos.
A solução do problema deverá ser obtida através de testes experimentais, que serão
realizados em máquinas de enchimento do tipo VFFS instaladas na unidade fabril da
empresa Pepsico do Brasil Ltda –Itu - SP.
17
1.4
QUESTÃO DA PESQUISA
A questão central da pesquisa é a seguinte:
Quais as condições operacionais das máquinas verticais - temperaturas, perfil
de mordentes, velocidades de empacotamento e espessuras dos filmes de
BOPP, que devem ser adotadas para minimizar ou eliminar imperfeições na
termossoldagem
de
embalagens
destinadas
ao
acondicionamento
de
salgadinhos?
1.5
CONTRIBUIÇÃO DO TRABALHO
O trabalho será planejado de forma a analisar criteriosamente todo o sistema de
embalagem de polipropileno biorientado para salgadinhos, permitindo:
a) identificar quais os parâmetros a se considerar na escolha da estrutura
laminada à base de BOPP para resultar em termossoldagens íntegras;
b) propor alternativas que possibilitem o melhor desempenho de filmes
laminados de polipropileno biorientado em máquina de enchimento vertical.
Os resultados poderão ser adaptados, com facilidade, a qualquer outra instalação
industrial que utilize embalagens e equipamentos semelhantes.
18
2.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A seguir serão referenciados os temas que são mais evidentes e necessários de
conhecimentos para realização deste trabalho.
2.1 FILME FLEXÍVEL DE POLIPROPILENO BIORIENTADO (BOPP)
A biorientação de filmes de polipropileno é um processo físico de orientação de
cadeias moleculares do polímero, que permite a obtenção de filme muito fino, e com
propriedades adequadas à conservação e ao manuseio. Isso ocorre porque o
processo promove um aumento na resistência à tração e na rigidez do material,
melhoria na transparência, brilho e lisura. Em polímeros cristalinos como o
polipropileno, ocorre um significativo efeito de redução de permeabilidade aos gases e
ao vapor de água, da ordem de 50%, dependendo da temperatura de orientação
(OLIVEIRA, 2007).
O filme de polipropileno biorientado é resultado da orientação das cadeias poliméricas
através da aplicação da força de tensionamento do material na direção da máquina3 e
na direção transversal4, seguidos, em ambos os casos, de rápido resfriamento, uma
vez que para os estiramentos, a temperatura está por volta de 160º C (ÁLVAREZ,
2007).
Este tipo de material flexível, quando metalizado, é usado em embalagens de
salgadinhos fritos a fim de manter a qualidade deste tipo de produto em toda a cadeia
de distribuição, devido à boa barreira à luz e umidade.
3
4
Direção de máquina (DM) é a direção de fabricação do filme;
Direção transversal à máquina (DT) é a direção transversal à de fabricação do filme
19
2.1.1 Mercado de embalagens flexíveis
Segundo Datamark (2007), a indústria brasileira de embalagens registrou alta de
4,04% em 2007 (Tabela 2), comparada a 2006, movimentando um volume de 7,223
milhões de toneladas de embalagens de todos os materiais, gerando em valor US$
22,103 bilhões, um aumento de 21,7% sobre o ano anterior.
TABELA 2: O MERCADO BRASILEIRO DE EMBALAGENS – MIL TONELADAS
Caixas de papelão
Duplex/ triplex
Flexíveis
Metais
Papel
Plásticos
Vidro
2006
2179
466
520
944
313
1504
1005
2007
2254
474
542
1044
331
1594
984
FONTE: DATAMARK – Anuário Brasileiro de Fornecedores de Embalagem 2009.
No Brasil o volume de embalagens flexíveis é de, aproximadamente, 490 tons e o
polipropileno biorientado ocupa a terceira posição, 12% deste volume total, dentre os
materiais flexíveis apresentados na Tabela 3.
20
TABELA 3: PARTICIPAÇÃO DOS MATERIAIS DE EMBALAGEM FLEXÍVEIS NO MERCADO
BRASILEIRO
Material
Papel
Polietileno de baixa
densidade
Polipropileno biorientado
Alumínio
Poliéster
Poliamida 5
Celofane
Polipropileno
PVC
PVDC
Tons
283.392
77.731
Percentagem (%)
58
16
59.580
34.623
12.320
7.800
4.393
7.129
762
1.476
12
7
3
2
1
1
0
0
FONTE: DATAMARK – Relatório Brasil Pack 2005.
A utilização deste material tem perspectiva de crescimento de 27% até 2010, conforme
ilustrado na Figura 2.
64
70
67
76
73
60
2005
2006
2007
2008
2009
2010
FIGURA 2: ESTIMATIVA DE CRESCIMENTO DE POLIPROPILENO BIORIENTADO EM TONELADAS
FONTE: DATAMARK – Relatório Brasil Pack - 2005.
A categoria de alimentos farinhas e cereais, na qual os salgadinhos estão inseridos,
utilizou,
em
2008,
aproximadamente,
290,5
mil
considerando os tipos de materiais descritos na Tabela 4.
toneladas
de
embalagem,
21
TABELA 4: O MERCADO DE EMBALAGENS PARA ALIMENTOS – TONELADAS - 2008
Flexíveis
Metais
Papel
Plásticos
Vidro
Cereais e Farinhas
60.056
22.059
108.272
100.243
-
FONTE: DATAMARK – Anuário Brasileiro de Fornecedores de Embalagem 2009.
Neste segmento, no qual os salgadinhos estão inseridos, há uma perspectiva de
crescimento de 21% no uso dos materiais de embalagens flexíveis .
O BOPP tem expressiva participação no mercado de embalagens desta categoria o
que evidencia sua competitividade comercial. Isso porque, não há nenhum outro
material que possa substituí-lo, com o mesmo peso, na participação dos custos dos
produtos alimentícios, pois no processo de biorientação, há sensível redução na
espessura do filme formado, fato que torna a relação custo/ benefício extremamente
vantajosa, quando comparada a outros materiais.
2.1.2 Matéria - prima
O polipropileno, na forma de grãos, usado como material de alimentação ao processo
de extrusão do filme de BOPP é obtido pela polimerização do propileno, um dos
compostos provenientes do processo de craqueamento do petróleo. Esse monômero,
submetido a determinadas condições de temperatura e pressão e em presença de
catalisador, produz o polímero, composto basicamente por mil unidades de propileno
ligadas de formar linear (Figura 3).
22
FIGURA 3 – ESQUEMA DE OBTENÇÃO DO POLIPROPILENO
FONTE: ÁLVAREZ (2007)
Os tipos de resinas usadas na fabricação de BOPP são:
a) Homopolímeros: obtidos exclusivamente por meio da polimerização do
propileno. Apresenta densidade específica na ordem de 0,9g/mL, ponto de
fusão cristalino em torno de 140 a 150ºC, boa barreira ao vapor de água, boa
resistência aos óleos e gorduras e aos produtos químicos, boa resistência à
abrasão, boa estabilidade térmica e não é susceptível ao fissuramento sob
tensão (stress cracking). É sensível à degradação oxidativa a alta temperatura,
requerendo, portanto, antioxidantes para ser processado.
b) Copolímeros propileno e eteno: obtidos através da copolimerização com eteno,
resultando num material com menor rigidez e maior resistência à tração que o
homopolímero.
Os tipos básicos de copolímeros de polipropileno e polietileno são:
a) Randômico: formado pela incorporação aleatória 0,5% a 4% de eteno à
estrutura do polipropileno. É mais transparente por ser pouco cristalino, uma
vez que o copolímero interfere na aproximação entre as cadeias. Tem
temperatura de fusão de 135ºC.
b) Heterofásico: formado pela incorporação específica das moléculas de eteno ao
polipropileno. Apresenta, por isso, maior quantidade de fases amorfas dos
monômeros. É mais opaco e tem maior resistência ao impacto que o
homopolímero. A temperatura de fusão é de 151ºC.
23
A matéria-prima principal na fabricação do BOPP e, portanto, a mais consumida é o
homopolímero.
2.1.3 Processo de fabricação
O processo de fabricação para obtenção do filme de BOPP, compreende basicamente
as seguintes etapas: extrusão e/ou coextrusão; formação e resfriamento do filme de
polipropileno; estiramento mecânico na DM, que promove a orientação das cadeias de
polipropileno na direção longitudinal; estiramento mecânico na DT, que promove a
orientação na direção transversal; tração e tratamento da película orientada e
embobinamento.
A seguir, serão apresentados os principais aspectos de cada uma dessas etapas.
2.1.3.1
Extrusão
A extrusão principal comumente é composta de duas extrusoras: sendo uma
responsável pela fusão do polipropileno e a outra pela sua dosagem. As roscas destes
equipamentos têm de 6 – 8 metros de comprimento com diâmetro aproximado de 0,24
metros e um canhão de superfície extremamente polida (PORTZ, 2005).
Nesse processo, os grãos de polipropileno são alimentados por gravidade na
extrusora, que os transporta ao longo de um tubo aquecido que a envolve (Figuras 4 e
5). Com o calor fornecido pelo equipamento e pela compressão, os grãos se fundem e
24
a densidade aparente, originariamente 0,5g/mL para os grãos, passa a 0,85g/mL para
a massa fundida.
FIGURA 4 – CORTE TÍPICO DE EXTRUSORA
FONTE: WORKSHOP OPERACIONAL DE EMBALAGENS FLEXÍVEIS (2005)l
FIGURA 5 – EXTRUSORA PLANA
FONTE: http://portuguese.alibaba.com/product-gs/twin-screw-extruder-two-stage-extruder-extruder-51773409
Nesta etapa do processo a rosca e o canhão merecem atenção especial, uma vez que
qualquer alteração ou mesmo defeito nestes componentes geram instabilidade na
linha ou na qualidade do produto final. Um desalinhamento entre canhão e rosca pode
gerar atrito entre estes elementos, danificando a estrutura polimérica e até
ocasionando aparecimento de metal na massa fundida.
25
Para atender às necessidades especiais do mercado (barreiras ao oxigênio, à gordura,
ao vapor de água, aos aromas e às limitações do equipamento de enchimento) são
utilizados copolímeros de polipropileno, dosados a partir de silos menores,
no
processo denominado coextrusão(PORTZ, 2005).
2.1.3.2
Coextrusão
A coextrusão consiste em unir os materiais extrusados simultaneamente (Figura 6), de
modo a formar camadas unidas umas às outras pelo calor, resultando em um filme
único, fabricado em apenas uma etapa.
Um exemplo de necessidade de coextrusão é quando se precisa obter um filme com
características de termossoldagem que não são típicas do poplipropileno biorientado.
Nesse caso, usa-se uma resina de polietileno modificado ou copolímeros olefínicos,
que têm pontos de fusão inferiores e faixas de termossoldagem mais largas que o
BOPP (GUISE, 1993; LOPAPA, 1994).
Tanto as extrusoras como as coextrusoras conduzem o polímero fundido até a zona
de conformação e resfriamento, mais precisamente à matriz. Esta peça de material
extremamente polido, resistente à abrasão, é capaz de organizar os fluxos de
materiais de tal forma que aquele proveniente da extrusora principal forme o núcleo
(camada central) do filme e aqueles vindos das coextrusoras formem as camadas
externas.
O número de coextusoras varia conforme o propósito da unidade fabril. O mais comum
é encontrar duas delas além das extrusoras principais, de modo que o filme típico de
26
polipropileno biorientado é produzido em três camadas (vide esquema da Figura 6),
com as seguintes características:
a) camada externa (fluxo fundido da coextrusora 2), que confere brilho, boa
impressão, boa laminação, possibilidade de metalização e bom deslizamento.
Como exemplos, podem ser citadas as resinas de polietileno de alta densidade,
que são selecionadas para proporcionar barreira à umidade e melhorar o
desempenho do material em máquina;
b) camada intermediária (fluxo fundido da extrusora principal), no caso em estudo
o polipropileno, responsável pela rigidez e pelas propriedades de barreira;
c) Camada
interna
(fluxo
fundido
da
coextrusora
1)
responsável
pela
termossoldagem, constituída geralmente de resinas de polietileno de baixa
densidade ou de baixa densidade linear.
Fluxo fundido da
extrusora principal
Fluxo fundido
da coextrusora 1
Fluxo fundido
da coextrusora 2
Fluxo de fundido
para a matriz
FIGURA 6 – EXEMPLO DE COEXTRUSÃO DE POLÍMEROS
FONTE: ROMANI (2005)
Ao deixar a matriz o filme é forçado contra um rolo de superfície de baixa rugosidade,
denominado Chill Roll. A adesão a estes rolos ocorre devido a facas de ar, que
sopram o filme na direção da superfície do rolo. Estes rolos conduzem o filme até uma
banheira com água à temperatura controlada, para definição da cristalinidade do
polímero. O filme denominado cast deixa o Chill Roll e passa através de um sistema
27
de resfriamento e remoção de água, que se baseia em rolos de borracha e jatos de ar.
Assim o filme está pronto para adentrar a próxima zona do processo (PORTZ, 2005).
2.1.3.3
Biorientação
No começo dos anos 60, Montecatini, na Itália, desenvolveu o processo para converter
o polipropileno em filme biorientado. Com a biorientação, que ocorre após a etapa de
extrusão / coextrusão é possível melhorar notavelmente as propriedades ópticas,
mecânicas e de barreira ao vapor de água do filme.
Sarantopóulus et al (2002) definem as etapas do processo de fabricação do
polipropileno biorientado que estão ilustradas na Figura 7 e comentadas a seguir:
a) Resfriamento, através de rolos resfriados com água corrente. A estrutura
cristalina do polímero é determinada pela velocidade de resfriamento que
influencia as propriedades gerais do filme após a orientação;
b) Biorientação: é a fase principal do processo. A temperatura de estiramento está
abaixo da temperatura de fusão do filme, mas acima da temperatura de
transição vítrea. A razão de estiramento está normalmente entre 4:1 no
estiramento no sentido da máquina e 10:1 no estiramento no sentido
transversal à máquina;
c) Relaxamento: reaquecimento do filme para proporcionar, de forma controlada,
uma ligeira contração e estabilização do material. Nesta etapa ocorre o
relaxamento de tensões internas decorrentes da orientação;
d) Tratamento superficial: descarga elétrica para tornar a superfície do filme
receptiva a tintas de impressão, metalização ou adesivos;
28
e) Embobinamento:
ocorre
sob
tensão controlada.
A
bobina
resultante,
denominada jumbo5 é armazenada para relaxamento e estabilização posterior,
antes de sofrer operações subseqüentes.
Formação e Resfriamento (Chill-Roll)
Unidade de Estiramento na
direção Longitudinal (DM)
Unidade de Estiramento na
direção Transversal (DT)
Unidade de Puxada, corte de orelhas e
tratamento superficial (Pull Roll)
Unidade de Armazenamento
(estoque intermediário)
Corte e
armazenamento
FIGURA 7 – ETAPAS DE ORIENTAÇÃO DO FILME DE POLIPROPILENO BIORIENTADO
FONTE: ROMANI (2005)
Ao final do processo as bobinas jumbo passam pela etapa de relaxamento, e seguem
para o processo de corte em larguras menores para conversão e/ou metalização,
processo que será descrito no próximo subitem deste capítulo.
2.1.3.4
Metalização
A metalização é um processo de evaporação de alumínio, estanho ou outras ligas
metálicas especiais em alto vácuo, que se condensam sobre os filmes (Figura 8).
As propriedades como lisura e estabilidade dimensional e a sua reduzida espessura
tornam os filmes biorientados adequados à metalização.
5
Jumbo – bobina resultante do processo de fabricação do filme
29
FIGURA 8 – EQUIPAMENTO DE METALIZAÇÃO A ALTO VÁCUO
FONTE: ANJOS dos (2007)
A metalização de um filme plástico é uma forma econômica de reduzir a
permeabilidade (aumentar a barreira) ao vapor de água, gases e luz, tanto na faixa
visível como no comprimento de onda ultravioleta. Além disso, melhora a receptividade
para impressão e o brilho (MALAGA, 2007)
2.1.4
Propriedades físicas, químicas e mecânica do BOPP
Os filmes de polipropileno biorientados disponíveis no mercado apresentam maior
resistência à tração e rigidez, e têm maior transparência, brilho e lisura, quando
comparados a outros materiais não orientados. Há redução da permeabilidade aos
gases e ao vapor de água, na ordem de 50%, dependendo da temperatura de
30
orientação. (ROBERSTON, 1993 e CULTER, 1989 apud SARANTOPÓULUS, 2002
p.18).
Por outro lado, a orientação reduz a capacidade de alongamento e a resistência ao
rasgo do filme, assim como compromete a capacidade de termossoldagem do
material. Neste último caso, o problema é resolvido pela coextrusão com polímeros de
etileno na camada interna.
As propriedades de resistência mecânica (tração, alongamento), barreira à umidade
(TPVA)6, gorduras e oxigênio (TPO2)7, transparência e opacidade (Transmitância,
Haze), estabilidade térmica (encolhimento), rigidez (espessura, módulo) são
provenientes
da
camada
intermediária
do
filme.
Já
as
propriedades
de
termossoldagem a quente (temperatura e resistência de selagem), deslizamento
(COF)8, brilho ou aspecto fosco são provenientes da camada interna e externa do
filme.
2.1.4.1
Propriedades de filmes de polipropileno biorientado
As principais propriedades dos materiais flexíveis de polipropileno biorientado
metalizado que serão descritas neste capítulo, são:
- Faixa de termossoldagem: relacionada com a faixa de temperatura de fusão do
material de embalagem,
- Resistência de termossoldagem: possibilitará a avaliação do desempenho da
termossoldagem,
6
TPVA – Taxa de permeabilidade ao vapor de água
TPO2 – Taxa de permeabilidade ao oxigênio
8
COF– do ingles, coeficient of friction
7
31
- Barreiras à umidade e ao oxigênio: expressas usualmente como Taxa de
Permeabilidade ao Vapor de Água (TPVA) e Taxa de Permeabilidade ao Oxigênio
(TPO2), que proporcionarão proteção quanto à oxidação do produto.
A título de exemplo, a Tabela 5 mostra algumas propriedades de filmes de
polipropileno biorientado, consideradas na especificação de materiais de embalagens,
tanto para proteção dos produtos fritos industrializados como para definição do tipo de
máquina de enchimento, que formará a sua embalagem primária.
TABELA 5 – PROPRIEDADES DOS FILMES DE POLIPROPILENO BIORIENTADO METALIZADOS
Fabricante
Denominação
Espessura
(micra)
Faixa de
selagem
quente (ºC)
Força de
selagem
(N/15mm)
TPO2
(cm3 O2/m2.dia)
a 23ºC 1 atm
TPVA
(g H2O/ m2.dia)
a 38ºC 90% UR
Polo Films
Vitopel
Ltda
Sigdopack
S.A.
TMS20
MSE20
20
20
105-130
105-145
2,3
3,2
100
80
0,50
0,40
ME FIH
20
105-140
2,4
60
0,2
FONTE: www.vitopel.com.br, www.polofilms.com.br, www.sigdopackcom/portugues/linea.htm e
Os materiais apresentados nesta tabela encontram-se disponíveis no mercado
mundial para aplicação em diferentes sistemas de embalagens para produtos que
demandem proteção à umidade, além de facilidade de abertura das embalagens já
formadas.
2.1.5 Fornecedores de polipropileno biorientado
A estrutura flexível usada pela Pepsico do Brasil Ltda para acondicionar batatas fritas,
é constituída de um filme de polipropileno biorientado coextrusado transparente
laminado a outro, de polipropileno biorientado metalizado, de modo a que a barreira ao
vapor de água seja no máximo de 0,5g/m2dia.
32
No Brasil, os principais fornecedores desse filme são a Polo Films e a Vitopel Ltda.
Além dos fabricantes nacionais, existem outras indústrias de filmes de polipropileno
biorientado internacionais, dentre elas está a Sigdopack S.A. com plantas no Chile e
na Argentina.
A diferença de qualidade entre os materiais nacionais e importados não é significativa
no que se refere ao desempenho dos mesmos no sistema embalagem em questão.
Por este motivo, a Pepsico do Brasil Ltda optou em usar os materiais fabricados pela
Vitopel no Brasil, que serão objetos desta pesquisa.
2.1.5.1
Filmes de polipropileno biorientado – Vitopel Ltda
A Vitopel Ltda possui atualmente três unidades fabris, sendo uma na Argentina e duas
no Brasil nas cidades de Mauá e Votorantim, com capacidade produtiva total de 127
mil toneladas ao ano. Dentre os diversos filmes produzidos pela Vitopel Ltda, foram
escolhidos dois, cujas propriedades do metalizado foi mostrada na Tabela 5, que
atendem as necessidades de proteção dos salgadinhos.
a) MSE20: filme de polipropileno biorientado coextrusado termosselável na face
não metalizada;
b) TSE20:
filme
de
polipropileno
biorientado,
transparente
coextrusado,
termosselável nas duas faces e tratado na face interna para impressão e/ou
laminação, desenvolvido para ser laminado a outros filmes metalizados.
33
2.1.6
Conversão
A conversão é a fabricação do material de embalagem que será usado diretamente
nas máquinas de enchimento. Os materiais monocamadas são “convertidos” em
embalagens, o processo proporciona ao material de embalagem os efeitos visuais e as
propriedades técnicas especificadas. O processo de conversão possui as quatro
etapas descritas a seguir:
o Pré-impressão que consiste na gravação dos cilindros no caso de impressão
via rotogravura ou gravação dos clichês que serão usados na flexografia. A
arte final da embalagem passa por um processo de tratamento de imagens e
separação de cores sendo que, para cada uma delas é gravado um cilindro ou
um clichê;
o Impressão é a etapa de transferência das imagens dos clichês ou cilindros
para o substrato (BOPP) que se deseja imprimir. Os dois processos mais
comuns são:
o
rotogravura: é do tipo rotativo e utiliza cilindro gravado em baixo relevo
(alvéolos). Este cilindro está parcialmente submerso num tanque com
tinta que enche os alvéolos. O excesso é eliminado por uma faca, (em
inglês, “doctor blade”). Após a impressão de cada uma das cores, o
filme impresso passa por um processo de secagem em estufas
aquecidas;
o
flexografia: é do tipo rotativo e utiliza clichês (fotopolímeros) gravados
em alto relevo. Um cilindro parcialmente submerso num tanque com
tinta transfere uma fina camada dessa tinta para o clichê que, por sua
vez, imprime no substrato.
o
Laminação: quando um material sozinho não satisfaz todos os requerimentos
de proteção para um determinado produto, ele pode ser combinado com outros
34
através do processo de laminação, definida como a união de um ou mais
substratos plásticos e pode ser feita com base solvente e sem solvente9.
O equipamento para laminar os substratos sem solvente não possui túnel de
secagem e o adesivo é 100% sólido. No processo de laminação base solvente
um adesivo especial poliuretânico é aplicado na parte interna de um dos
substratos, que passará pela estufa para evaporação dos solventes. Em
seguida, vai para uma calandra aquecida que prensa o filme empregando o
adesivo contra o filme de apoio, laminando a estrutura.
É importante que o processo de laminação tenha a temperatura controlada
para que haja volatilização dos compostos químicos e não haja migração dos
mesmos na embalagem. Isso porque, há regulamentações governamentais sob
o percentual de resíduos químicos dos adesivos e solventes residuais nas
embalagens de alimentos (DRISCROLL & PATERSON, 1999).
Há cinco fatores que afetam a adesão entre as camadas laminadas:
viscosidade do adesivo, temperatura, pressão, período de contacto entre as
camadas e funcionalidade entre as resinas adjacentes das camadas.
o Corte e refile: é o corte da bobina “mãe” seguindo as dimensões especificadas
pelo usuário final, e seu alinhamento eletrônico por um cabeçote fotoelétrico.
Esta etapa permite que o material convertido se torne apto ao uso em
máquinas verticais.
9
Esse processo é também conhecido como Solventless, do inglês, que significa sem solvente
35
2.1.7 Outras Considerações
Atualmente, o filme de polipropileno biorientado, é a melhor opção em custo para uso
em embalagens flexíveis de salgadinhos fritos. Isso se deve à alta demanda do
mercado pelo filme.
O material de embalagem laminado com dois filmes de BOPP (transparente e
metalizado) que será usado como objeto deste estudo, proporciona um benefício de
proteção à umidade e oxigênio à batata frita industrializada em toda a cadeia, desde a
produção até a distribuição. A Tabela 6 apresenta um comparativo de TPVA e TPO2
dos diferentes substratos que estão disponíveis para aplicação em embalagens
flexíveis.
TABELA 6 - COMPARAÇÃO DE BARREIRA COM OUTROS SUBSTRATOS EM FILMES DE 25 µ
FILME
TPO2
(cm3/m2.dia) 23ºC, 0% UR
TPVA
(g/m2.dia) 37,8ºC, 90% UR
Polietileno de baixa densidade –
PEBD
Polietileno de alta densidade –
PEAD
BOPP
Poliéster – Pet
Poliamida biorientada – BOPA
BOPP metalizado
Poliéster metalizado
Poliamida biorientada metalizada
6500
20
2500
8
2300
55
20
60
2
1
4
7
170
0.6
1
2.6
FONTE: ÁLVAREZ (2007).
Apesar do material em questão não apresentar boa barreira ao oxigênio as principais
barreiras a serem consideradas para o produto em questão são à umidade e à luz,
pois como no interior da embalagem existe espaço livre com 21% deste gás, só faria
sentido controlar a sua permeabilidade se o produto fosse acondicionado a vácuo.
36
2.2
MÁQUINAS DE EMPACOTAMENTO – VFFS
O processo FFS pode ser vertical ou horizontal. O mais antigo e comum é o tipo
vertical, normalmente utilizado para enchimento de pequenos volumes de produtos
sólidos como salgadinhos, arroz, feijão e outros (AARON, 1997).
As máquinas verticais utilizam materiais flexíveis tais como papel, filmes laminados
com papel, filme ou alumínio, formando embalagens com o auxílio de um tubo
formador com intervalos de termossoldagem regular na região vertical e horizontal
superior e inferior.
Segundo Paine (1990), as máquinas verticais produzem três tipos de embalagem:
a) Almofada: apresentam termossoldagem vertical entre a camada selante do
substrato interno10 ou sobreposta entre os substratos interno e externo11 além
de termpsoldagens horizontal superior e inferior. O sistema de embalagem tipo
almofada formada em máquinas verticais é um dos mais econômicos e
populares tipos de embalagem existentes, é favorecido pelo uso de materiais
flexíveis comuns e com custos reduzidos;
b) Quatro soldas: apresentam quatro termossoldagens que fecham a embalagem
nos quatro lados;
c) Tira picotada: exposição no ponto de venda de embalagens unidas por um
picote que separa cada unidade individual de consumo.
Os equipamentos que serão utilizados nesse estudo formam embalagens do tipo
almofada.
10
11
Finseal, do inglês, selagem vertical interno x interno
Overlap do inglês, selagem vertical interno x externo
37
2.2.1
Fabricantes
Dentre os fabricantes de máquinas verticais utilizadas para encher e formar
embalagens de salgadinhos, destacam-se os seguintes:
a) TNA, multinacional australiana, com a fábrica localizada em Melbourne,
mantém desenvolvimentos em diversos países no mundo. TNA Robag é um
dos modelos de máquinas de enchimento do tipo form – fill –seal produzidos
pela TNA, suas vantagens são: excelente performance à alta velocidade, fácil
troca de formatos de embalagens e tipo de produtos e facilidade de operação
(TNA, 2007);
b) Rovema, multinacional com fábricas na Alemanha, Espanha e Estados Unidos.
As máquinas verticais que têm em seu portfólio são capazes de encher e
formar embalagens nos formatos: - almofada, fundo chato simples e com três
ou quatro termossoldagens e stand-up pouch. Dentre os modelos que se
encontram no portfólio está o VPK-260 (ROVEMA, 2007);
c) Masipack, multinacional de origem brasileira, é líder no mercado latinoamericano no setor de equipamentos para enchimento. Possuem filiais nos
Estados Unidos, México e Argentina. Atualmente, possui 12 diferentes tipos de
máquinas VFFS, porém, a mais usada pela Pepsico do Brasil Ltda, para o
enchimento de salgadinhos (exceto batatas fritas) é a do modelo Ultra VS,
capaz de formar embalagens tipo almofada, fundo chato, quatro e cinco
termossoldagens. (MASIPACK, 2007);
d) Fabrima, Conglomerado do Grupo Oystar The Process & Packaging Group. A
Fabrima, bem como todas as empresas do Grupo The Packaging foram
adquiridas pelo grupo de investimentos Alemão Odewald & Compagnie desde
20/04/07 e a partir de 1º de agosto todas as empresas do grupo denominam-se
Oystar The Process & Packaging Group. Reúne mais de 20 empresas. Os
38
formatos de embalagens possíveis de serem formados nas máquinas verticais
que possui em seu portfólio são: pouch com cinco termossoldagens, formato
tetraedro, fundo chato e almofada, e o melhor modelo de máquina vertical
disponível é o Flexibag Bi/Bc. (OYSTAR FARBRIMA, 2007);
e) UVA, especializada em máquinas verticais, está localizada em Eindhoven, na
Alemanha, e desde 1980 possui instalações industriais em Richmond – Virgínia
nos Estados Unidos. A máquina de enchimento vertical mais recente e mais
moderna que está em seu portfólio atualmente é a Newton, que é capaz de
encher e formar embalagens do tipo almofada, fundo chato no fundo e topo,
doy shape, pouches com três e quatro termossoldagens e aplicação de refecho
auto-adesivo. (UVA PACKAGING, 2007);
f)
Bosch, sediada em Waiblingen, na Alemanha. A divisão de embalagens,
denominada Robert Bosch GmbH, conta com 27 plantas no mundo. Possui
dois modelos de máquinas verticais disponíveis para uso em indústrias de
salgadinhos, e as mesmas são capazes de formar diferentes formatos de
embalagem, tais como tipo almofada, fundo chato, stand-up pouch e
embalagens com quatro termossoldagens (SIGPACKBOSCH, 2007).
Neste trabalho será usado equipamento de enchimento da marca Bosch - SVE
1800MR, pelo fato de ser o único modelo de máquina disponível na linha de
batatas fritas da Pepsico do Brasil Ltda, que é líder de mercado neste
segmento.
A expectativa é que os resultados obtidos do estudo em questão com o uso
deste equipamento da marca Bosch possam ser replicados para outras marcas
de máquinas VFFS que tenham sistema intermitente para formação e
enchimento das embalagens.
39
2.2.2
Princípios de funcionamento
O princípio de funcionamento de uma máquina VFFS, modelo Bosch, ilustrada na
Figura 9, e que será usada para formação de embalagens do tipo almofada, objeto de
análise deste trabalho, é o seguinte:
a) o material de embalagem é tracionado por correias de arraste a partir de uma
bobina e é conduzido por diferentes roletes guias até o tubo formador. O filme
envolve o tubo de alimentação do produto, onde é termossoldado
longitudinalmente;
b) depois
da
termossoldagem
vertical
o
mordente
transversal
faz
a
termossoldagem inferior, o produto cai na embalagem após a pesagem feita
por balanças alimentadoras e, em seguida, ocorre o movimento do filme para
baixo, numa distância equivalente a um passo de fotocélula. Imediatamente
após esse movimento ocorre a termossoldagem superior, que é simultânea à
inferior da próxima embalagem a se formar. No momento da termossoldagem
ocorre o corte, ou separação das embalagens, através de um mecanismo
integrado aos mordentes transversais;
c) o passo de fotocélula é equivalente à altura da embalagem final. É assim
denominado, pois é a leitura da marca de fotocélula impressa na embalagem,
feita por um fotossensor, que indica o momento da parada do filme para
ocorrer o corte e a termossoldagem horizontal. Cada embalagem tem o seu
passo de fotocélula dimensionado para acondicionar um tipo de produto em
função do seu peso e sua densidade. Cada tipo de produto tem o seu tempo de
queda, que determinará a velocidade do empacotamento.
40
Tubo Formador
Correias de
arraste
Mordente
Vertical
Mordente
Horizontal Traseiro
Mordente
Horizontal
Dianteiro
FIGURA 9 – MÁQUINA DE EMPACOTAMENTO VERTICAL
FONTE: http://pa.bosch.com/brasil/ptg/69454.asp
A operação de uma máquina de empacotamento é considerada a etapa crítica do
processo de fabricação de um produto, porque é o último momento para verificar a sua
qualidade. Visando facilitar a interpretação dos resultados, alguns detalhes técnicos do
tubo formador, correias de arraste e mordentes são apresentados nos subitens que se
seguem.
2.2.2.1
Tubo formador
Segundo Behara e Guerin (1996) o tubo formador é constituído de duas peças
metálicas, o tubo e o colarinho, que atua como guia para entrada do filme no
equipamento. O colarinho pode ser fabricado em diversos tamanhos e nos formatos,
41
quadrado, circular e elíptico, podendo ser aplicado em máquinas horizontais e
verticais. São fabricados em aço inoxidável com recobrimento de cromo duro, que
conferem dureza e deslizamento excepcionais.
Como é uma peça fabricada a pedido do cliente o colarinho também é desenhado para
que a termossoldagem vertical seja feita de acordo com o material e com o formato da
embalagem, ou seja: à esquerda, à direita ou centralizada, finseal e overlap (Figura
10).
2
1
1
FIGURA 10 – COLARINHOS.
FONTE: www.carlini.com.ar
Ilustrações 1: termossoldagem vertical finseal centralizada.
Ilustração 2: termossoldagem vertical overlap centralizada.
As quatro principais funções do tubo formador são: dar ao filme forma cilíndrica, ser a
base para o mordente vertical efetuar a termossoldagem, ser a base para as correias
de arraste tracionarem o filme e ser o meio para que o produto chegue à bolsa.
2.2.2.2
Correias de arraste
As correias de arraste são as responsáveis pela “puxada” do filme. Elas são
apropriadas para esta finalidade e são acionadas por um redutor de dupla saída.
42
2.2.2.3
Mordentes
Os mordentes são responsáveis pelo fechamento (termossoldagem) das embalagens,
para que cumpram com o papel de proteção.
Nas máquinas verticais há dois mordentes:
o
Mordente horizontal: Baldini (2009) afirma que existem vários tipos de
mordentes horizontais, podendo ter diferentes tamanhos e perfis, definidos de
acordo com o material de embalagem utilizado, a necessidade de
hermeticidade e resistência mecânica da embalagem para proteção do produto
de forma eficaz.
•
Mordente horizontal de aquecimento: consiste em um corpo metálico
maciço com furos longitudinais, onde é colocado uma resistência e um
termopar. Permanece aquecido e com temperatura controlada. Este
sistema é usado para maioria das embalagens, entretanto, o seu perfil
deve ser adequado para cada tipo de estrutura.
Estrias
horizontais
(Figura
11):
recomendado
uso
para
estruturas de embalagens monocamadas ou laminadas.
FIGURA 11 – MORDENTE HORIZONTAL DE AQUECIMENTO COM ESTRIAS HORIZONTAIS
FONTE: BALDINI (2009)
Estrias
verticais
(Figura
12):
apresenta
as
mesmas
características do mordente com estrias horizontais, porém as
43
estrias verticais permitem maior eficiência de termossoldagem
de estruturas de polipropileno laminado ou monocamada.
FIGURA 12 – MORDENTE HORIZONTAL DE AQUECIMENTO COM ESTRIAS VERTICAIS
FONTE: BALDINI (2009)
Estrias diagonais (Figura 13): permitem maior eficiência de
resistência mecânica em embalagens que utilizam sistema de
gancheira12,por exemplo;
FIGURA 13 – MORDENTE HORIZONTAL DE AQUECIMENTO COM ESTRIAS DIAGONAIS
FONTE: BALDINI (2009)
Liso
(Figura
14):
mais
estreito,
logo
proporciona
uma
termossoldagem com área menor e fusão mais rápida.
12
Gancheira – corte realizado por acessório do mordente horizontal que facilita a execução do prontudo
no ponto de venda.
44
Recomendado uso para materiais mais elásticos e sensíveis ao
aquecimento como, por exemplo, polietileno.
FIGURA 14 – MORDENTE HORIZONTAL DE AQUECIMENTO LISO
FONTE: BALDINI (2009)
o
Mordente horizontal de impulso (Figura 15): consiste em um corpo metálico
maciço, que contém um eletrodo de NiCr em todo o seu perfil, este eletrodo
recebe a proteção de uma fita Armalon para que não entre em contacto direto
com o mordente nem com o filme. O eletrodo de NiCr, recebe impulsos
elétricos cíclicos para que aqueça e permita a termossoldagem da embalagem.
o
FIGURA 15 – MORDENTE HORIZONTAL DE IMPULSO
FONTE: BALDINI (2009)
45
Os perfis dos mordentes podem compensar problemas de ajuste de máquina,
transferência de calor e distribuição de pressão heterogênea (MÜNDERLEIN &
HOFMANN, 1981apud OLIVEIRA, 1995),
Para a embalagem atualmente em uso para as batatas fritas industrializadas é
recomendado o uso de mordentes de barras aquecidas com perfis específicos.
Estabelecer esse perfil será um dos resultados do presente trabalho.
o
Mordente vertical (Figura 16): responsável pelo fechamento cilíndrico da
embalagem quando o material reveste o tubo formador.
FIGURA 16 – MORDENTE VERTICAL.
FONTE: www.envasa.com,br/principal.htm
2.2.3
Termossoldagem
A termossoldagem é a junção, pelo calor, de duas superfícies de materiais de modo a
conferir formato e assegurar a hermeticidade da embalagem. Ela só se concretiza
após a solidificação da estrutura, que ocorre durante a etapa de resfriamento.
O processo de termossoldagem para embalagens flexíveis, pode ser realizado por:
46
a) Mordentes de barras aquecidas: duas barras metálicas maciças são
mantidas a uma temperatura constante, pré-determinada durante todo o ciclo
de
termossoldagem.
Quando
essas
barras
são
pressionadas
pneumaticamente, uma na direção da outra, tem-se um fluxo contínuo de calor
exterior para o interior da região de fechamento, que ocasiona a fusão do
material e proporciona a termossoldagem (BROWN & KEEGAN, 1973;
DOWNES, 1984). Este sistema é geralmente usado em máquina de
enchimento vertical automática.
O ponto crítico do processo de termossoldagem é manter as duas barras
metálicas planas com superfície homogênea o bastante para garantir perfeito
contato entre si e, consequentemente, entre os materiais a serem fundidos
(YOUNG,1985). Por isso é necessário definir o perfil ideal de mordente.
Nas máquinas verticais para o empacotamento de salgadinhos, utilizam-se
mordentes de barras aquecidas, devido ao fato de se tratar de equipamentos
automáticos com sistema de mordentes pneumáticos que formam, enchem e
fecham as embalagens.
b) Mordente por impulso elétrico: barras metálicas maciças que contém
eletrodo de NiCr, que recebe impulsos elétricos (BALDINI, 2009). Quando
essas se fecham sobre o material a ser selado, aplica-se, por um período de
tempo pré-estabelecido, uma diferença de potencial que causa uma corrente
elétrica através da resistência aquecendo-a. Este calor é transferido ao
material plástico que se funde, promovendo a termossoldagem e o fechamento
da embalagem.
47
2.2.3.1
Tipos de abertura
O passo seguinte a considerar são os dois tipos de abertura da embalagem para
utilização do seu conteúdo pelo consumidor:
a) Abertura fácil
b) Abertura difícil.
A abertura fácil é encontrada em embalagens de produtos alimentícios onde o
consumidor busca conveniência, como é o caso dos salgadinhos. Trata-se de uma
termossoldagem temporária (BROWN & KEEGAN, 1973).
Segundo Sugiyama & Itoh (1986) existem três mecanismos de fácil abertura que
podem ser utilizados em embalagens flexíveis, esquematizados na Figura 17:
a) Esfoliação das superfícies: caracteriza-se pela separação de duas camadas
selantes, como no caso das embalagens flexíveis de salgadinho;
b) Esfoliação das camadas: caracteriza-se por delaminação da camada selante
do corpo rígido de uma embalagem ao se aplicar força para abertura como nos
potes de iogurte.
c) Esfoliação coesiva: caracteriza-se por falha dentro da camada resultante da
fusão das duas camadas internas.
A’
B
A
Esfoliação das superfícies
A’
A
A
Esfoliação das camadas
Onde:
A e B – camadas internas
FIGURA 17 – ESQUEMA DE TIPOS DE ABERTURA DE EMBALAGENS FLEXÍVEIS
FONTE: SUGIYAMA & ITOH (1986)
Esfoliação
Esfoliação coesiva
por coesiva
48
Já a abertura difícil é utilizada quando o produto a ser envasado ou o material
utilizado, ou o equipamento de envase ou o sistema de distribuição do produto exigem
elevada resistência mecânica, como nas embalagens flexíveis autoclavadas. Em geral,
para abertura deste tipo de termossoldagem é necessário um instrumento cortante.
2.2.3.2
Elementos da termossoldagem
A operação de termossoldagem deve ser monitorada pelos indicadores temperatura
(aquecimento), pressão, tempo e resfriamento.
Temperatura e pressão são aplicadas através dos mordentes para induzir a fusão
dos materiais. Para que se mantenham uniformes durante o processo será necessário
que o perfil dos mordentes seja cuidadosamente projetado evitando a deflexão do
material. Caso não sejam, é provável que a qualidade da termossoldagem não seja
homogênea e sua resistência à tração seja comprometida, pois os termopares neles
instalados monitoram apenas a temperatura pontual.
O ciclo de termossoldagem compreende as seguintes etapas:
•
aquecimento do mordente até a temperatura ideal para amolecimento do
material;
•
fechamento dos mordentes com pressão controlada e por um intervalo de
tempo pré-definido;
•
resfriamento dos mordentes até temperatura pré-estabelecida, mantendo a
pressão constante;
•
abertura dos mordentes para liberar a embalagem.
49
Em processos automatizados a duração dos ciclos de aquecimento e de resfriamento
é definida de acordo com o tipo de material e velocidade da linha de produção.
O desenho do mordente é outro elemento importante para um bom desempenho de
termossoldagem, pois pode minimizar o tempo total da fusão do material e aumentar a
produtividade. O material usado na sua fabricação deve ser delgado com um mínimo
de massa para ser aquecido e resfriado rapidamente, geralmente usa-se alumínio
devido à excelente propriedade de condutividade térmica. Os mordentes devem estar
planos e alinhados para garantir contacto uniforme de pressão e temperatura na face
de selagem.
É muito importante que a pressão, a temperatura e tempo sejam cuidadosamente
sincronizados, assim como apresentado na Figura 18.
1
2
3
4
5
6
FASE 1
A pressão está desligada, temperatura
está baixa e o mordente está aberto.
FASE
PRESSÃO
FASE 2
A pressão está ligada, temperatura
aumetando conforme definida e
mordente está fechando.
LIGADO
A
DESLIGADO
DESLIGADO
FASE 3
A pressão está controlada, a temperatura
está conforme definida e os mordentes
se fecham por completo.
TEMP.
SET POINT
B
FASE 4
A pressão está controlada, o calor está
sendo transferido para o material e o
material está selando, os mordentes
estão fechados.
COOLING
FASE 5
A pressão está desligada, barras de
selagem estão resfriando e os mordentes
estão fechados.
AÇÃO DO MORDENTE
C
ABERTO
ABERTO
FECHANDO
ABRINDO
FASE 6
A pressão está desligada, a temperatura
das barras continua fria e os mordentes
estão abrindo.
FECHADO
FIGURA 18 – ESQUEMA DE ABERTURA E FECHAMENTO DO MORDENTE HORIZONTAL.
FONTE: www.toolsheatseal.com
50
2.3
DESEMPENHO DO FILME DE POLIPROPILENO BIORIENTADO EM
MÁQUINA VERTICAL NA INDÚSTRIA DE SALGADINHOS
Conhecidos o filme de BOPP e os equipamentos, cumpre discutir as possíveis
interações, visando desenhar o cenário no qual será desenvolvido o trabalho. Antes,
porém, cabe apresentar um breve resumo sobre o processo industrial para fabricação
de batatas fritas da Pepsico do Brasil Ltda, conforme apresentado na Figura 19.
51
Batata in natura
Lavagem
Descasque e Fatiador
Fritura
Aromatização
Balanças dosadoras
Filme plástico flexível
Colarinho
Empacotamento
primário
Tubo formador
Termossoldagem vertical
Termossoldagem Horizontal Superior e Inferior
Esteira transportadora
Mesa giratória
Acondicionamento em caixas de papelão
Paletização
Centro de distribuição
Carretas tipo baú
Filiais de distribuição
Vendas Varejo
Vendas do Canal Organizado
FIGURA 19 – FLUXOGRAMA DE FABRICAÇÃO DE BATATA CHIPS
FONTE: MATZ (1984)
52
2.3.1
Batata frita
A industrialização de batatas frita compreende, de forma resumida, as seguintes
etapas:
a) Seleção da matéria-prima: a batata utilizada pela Elma Chips em larga escala
(1500Kg/h), caracteriza-se por ter alto percentual de sólidos, casca fina e
dimensões relativamente uniformes;
b) Descasque Harrignton e Shaw (1967), apud Matz, (1984) as batatas são lavadas
em água corrente, transportadas por esteiras com aberturas para drenagem e
inspeção de qualidade e, em seguida, descascadas por abrasão contra discos
afiados. As cascas são excluídas do processo através de água.
A importante característica deste sistema é a mínima perda de peso bruto da
matéria-prima.
c) Fatiador: As batatas descascadas são fatiadas em um fatiador rotativo através de
força centrífuga. Segundo Matz (1984) é muito importante a uniformidade na
espessura das fatias, pois é este parâmetro que irá conferir a uniformidade na
coloração dos chips de batatas frita. Se houver rupturas das células da batata
devido aos rasgos das fatias ocorrerá perda excessiva de solúveis e,
conseqüentemente, alta absorção de óleo. As fatias são lavadas com jatos de
água para exclusão do amido, passam por secadores centrífugos de onde saem
secas, o suficiente, para redução no tempo de fritura e cozimento.
d) Fritador: as fatias secas são conduzidas por esteiras imersas em óleo para fritura.
Os elementos essenciais no processo de fritura são:
•
Tanque de óleo aquecido para cozimento das fatias;
•
Meio de circulação e aquecimento do óleo;
53
•
Filtro para remover as partículas do óleo;
•
A esteira que transporta as fatias de batata para fora do tanque de fritura;
•
Reservatório para aquecimento do óleo, que é aquecido antes da dosagem
no tanque de fritura;
•
Retirada do vapor formado acima do fritador (MATZ, 1984).
As duas principais funções do óleo de fritura são: servir de transferência de
calor para as fatias de batata e ser um ingrediente para finalizar o produto
(KING et al., 1936, apud MATZ, 1984). É importante o uso de óleos altamente
refinados para proporcionar estabilidade e sabor aos chips. Sabor, textura e
aparência é função da percentagem de absorção de óleo pelas fatias. A
temperatura do óleo para fritura varia entre 177 a 190ºC.
As fatias de batatas após a fritura têm de 35-40% de gordura. Os fatores que
mais afetam a absorção de óleo nas fatias são: conteúdo de sólidos no
tubérculo; temperatura do óleo de fritura; tempo de residência na fritura; e
espessura das fatias.
e) Aromatização: as fatias de batatas frita são aromatizadas ou, simplesmente
salgadas logo após a saída do fritador, quando a gordura ainda está líquida e
permite melhor aderência do aroma em pó ou sal.
f)
Enchimento: após aromatização, as fatias são transportadas por esteiras para
resfriamento e posterior enchimento das embalagens.
Para conservar a qualidade do produto até o consumidor é necessária a escolha
correta do material de embalagem que é dependente dos seguintes fatores: natureza
do produto, parâmetros mercadológicos e sistema de distribuição do produto. O
material de embalagem selecionado terá tanta influência quanto o sistema de selagem
empregado (BEHARA & GUERIN, 1996).
54
2.3.1.1
Qualidade
Man (2000), diz que em geral os fatores que podem influenciar o shelf-life de alimentos
são:
a) Intrínsecos: matérias-primas, produtos usados na formulação/ composição, pH
e potencial de oxi-redução.
b) Extrínsecos: processamento, higiene, sistema e materiais de embalagem,
sistema de distribuição e exposição nos pontos de venda.
Para salgadinhos fritos os fatores que devem ter maior atenção para obtenção de
produto com qualidade são:
a) Óleo: deve apresentar resistência química à oxidação e polimerização até
180ºC, estabilidade de cor, pureza, características nutricionais e estabilidade
prolongada da gordura durante a exposição na área das fatias da batata;
b) Aroma: deve estar de acordo com o perfil de sabor aprovado em pesquisa
quantitativa de conceito e produto com os consumidores;
c) Processo: deve ser determinada a temperatura máxima de fritura para prevenir
a degradação do óleo. A limpeza deve ser apropriada a fim de minimizar os
riscos de contaminação pelos produtos usados através de equipamentos ou
materiais dos mesmos;
d) Material de embalagem: para que os salgadinhos tenham qualidade durante a
distribuição ao mercado é necessário que a embalagem apresente barreira à
umidade, barreira à luz (densidade óptica) e integridade na termossoldagem.
55
2.3.2
Empacotamento primário
Especificado o material de embalagem para que o mesmo exerça a função de
proteção às batatas fritas, ocorre o empacotamento em máquinas verticais, que são
ajustadas para formar as embalagens do tipo almofada. O controle da temperatura
para a termossoldagem do filme laminado à base de polipropileno biorientado, nas três
barras de termossoldagem (vertical, horizontal traseira e horizontal dianteira) deve ser
preciso, pois o intervalo de temperatura deste tipo de material varia em média +/-10ºC.
A produtividade do empacotamento primário está ligada diretamente à velocidade da
máquina, tempo necessário para início do processo e perdas durante o
empacotamento. Antes de iniciar o empacotamento é necessário revisar os principais
pontos críticos de controle, tais como:
a) Termopares de controle das barras de termossoldagem: verificar se está
instalado e funcionando, possibilitando dissipar de forma homogênea o calor
aplicado em toda a extensão das áreas de termossoldagem, evitando assim,
micro vazamentos e termossoldagens queimadas;
b) Alinhamento das barras de termossoldagem horizontal: as barras de
termossoldagem devem estar alinhadas para que a pressão aplicada em toda a
largura da embalagem seja uniforme resultando em termossoldagens íntegras;
c) Limpeza dos colarinhos e tubos formadores: ambos devem estar livres de
materiais estranhos nas áreas de contato com o material flexível para prevenir
contaminantes no corpo da embalagem ou ranhuras que possam ocasionar
perda na barreira do material.
d) Velocidade de empacotamento: este parâmetro está totalmente ligado à
temperatura de termossoldagem e tempo de contacto das barras aquecidas
56
com o material de embalagem. Qualquer irregularidade – excesso ou falta de
calor – pode causar termossoldagens queimadas ou falsas, respectivamente.
Se todos os cuidados acima forem verificados, a velocidade real ficará bem próxima
ao valor nominal do equipamento (50 a 60 golpes / minuto) e as perdas de material de
embalagem serão menores ou iguais a 1%.
2.3.2 1
Controle de qualidade da embalagem
Para que a embalagem cumpra o seu verdadeiro papel no resultado final do produto,
ou seja, proteger e preservar a qualidade proporcionando conveniência de consumo e
apelo de vendas, é necessário que a mesma apresente: - termossoldagens íntegras,
sem microfuros e com air fill13 dentro do especificado.
A avaliação do material de embalagem deve considerar não somente as propriedades
de proteção, mas também as propriedades que interferem o bom funcionamento do
equipamento de enchimento e formação da embalagem (MATZ, 1984).
O processo usado na Pepsico do Brasil Ltda para aprovação do material de
embalagem usado para batatas frita segue respondendo às seguintes questões
(PORNER,1974 apud MATZ, 1984):
a) Desempenho do material de embalagem em máquina: (1) O deslizamento está
correto? (2) As termossoldagens horizontais e verticais estão fortes o suficiente? (3) A
13
Air-fill do inglês, preenchimento de ar
57
faixa de temperatura de termossoldagem está muito ampla ou estreita? (4) O
enchimento está na sua velocidade ótima?
Para respostas a estas questões são realizadas análises visuais:
- Qualidade visual da termossoldagem: fusão do material que deve manter-se intacta
durante um aperto com ambas as mãos de 5 a 10 segundos;
- Defeitos: termossoldagem com defeitos devido à má formação no momento da fusão
do material;
- Nível de ar interno: nível de ar que fica dentro das embalagens estudadas (150 x
220mm) já formadas varia de 50 a 60 mm;
b) Análises em laboratório: (1) Coeficiente de atrito, (2) Força de termossoldagem,
(3) Integridade do sistema de fechamento
2.3.2 2
Controle de qualidade do alimento
Uma vez que as batatas frita estejam na embalagem, há três formas de rejeição do
produto por parte dos consumidores: produto quebrado, absorção de umidade que
leva à perda de crocância e oxidação que desenvolve sabor de ranço. (MATZ, 1984).
Estes atributos são controlados ao longo do processo produtivo.
A quebra do produto pode ocorrer devido ao manuseio excessivo do produto e/ou
embalagens, este problema é prevenido e controlado através da quantidade de ar no
interior da embalagem.
58
A perda de crocância é a modificação de textura sofrida pelos alimentos ao longo do
seu tempo de prateleira. A água, devido ao seu efeito plasticizante, é um dos
principais elementos responsáveis por esta alteração (LEITE, MURR & PARK, 2005).
Durante a armazenagem, muitos alimentos trocam umidade com o ambiente, o que
resulta em alterações estruturais como a transição vítrea entre o estado vítreo e
gomoso. É essa a causa da perda de crocância de batatas frita após a abertura das
embalagens, ou até devido a falhas na termossoldadem da mesma.
Alimentos como batatas frita industrializadas precisam ter baixa atividade de água
(Aw)14 para serem crocantes. Katz & Labuza (1981) estudaram a textura de alimentos
crocantes correlacionando com a Aw, concluindo que existe uma Aw máxima,
geralmente entre 0,35-0,50, a partir da qual o alimento começa a amolecer e deixa de
ser agradável ao paladar.
Se observado na Figura 20, as batatas frita encontram-se na região 2 como alimento
firme, seco e flexível, porém são hidratados rapidamente em contacto com a saliva
para facilitar a mastigação.
14
AW – do inglês, water activity (atividade de água): água disponível para crescimento microbiano e
reações que possam deteriorar o alimento.
59
FIGURA 20 – TEXTURA DE ALIMENTOS EM FUNÇÃO DA ATIVIDADE DE ÁGUA (Aw)
FONTE: ADAPTADO DE BOURNE (1987)
A determinação das propriedades de estado em alimentos, em função da temperatura
e da concentração de água, fornece informações valiosas no estabelecimento da
formulação, processamento, embalagem e estocagem, para que seja evitada a
mudança de fase (vítreo-gomoso), mantendo o alimento de forma desejada para o
consumo pelo maior tempo possível (ROOS & KAREL, 1991a).
A embalagem de batatas frita industrializadas deve protegê-las da perda ou ganho de
umidade, rancificação da gordura devido a presença de luz, ao contacto do produto
com o oxigênio e quebra das fatias, devido à falta de ar no interior da embalagem que
atua como amortecedor de impactos.
A entrada de luz é evitada através do uso de material opaco ou metalizado (FULLER et
al., 1971 apud MATZ, 1984). Isso porque, o comprimento de onda ultravioleta na faixa
60
de 290 – 400 nm aceleram o processo de oxidação e a rancificação do produto.
(EMBLEM, 2000).
A permeabilidade da embalagem pode ser calculada baseada no tempo de vida de
prateleira que se deseja.
A Figura 21 apresenta um resultado real de estudo de shelf-life feito com batatas frita
da Pepsico do Brasil Ltda, junto aos consumidores, que rejeitaram o produto com 3%
de umidade.
A baixa taxa de permeabilidade ao vapor de água do material de embalagem minimiza
a absorção de umidade pelo produto. Para Sarantópoulus et al. (2001), quando a
umidade nas fatias de batatas fritas ultrapassa 3% a crocância do produto estará
comprometida, como mostrado também na Figura 21. Essa perda pode ser explicada
pela influência da água na matriz amido / proteína, plastificando-a e reduzindo a
resistência mecânica do produto.
Perda de crocância
FIGURA 21 – RESULTADOS DE UMIDADE DE BATATAS CHIPS EM EMBALAGENS DE BOPP/BOPP
MET DURANTE 10 SEMANAS.
FONTE: SENSORY (2006)
61
O teor de umidade (g de água/ 100g de sólidos) é o grau que a água interage com os
componentes químicos presentes e contribui para a textura do alimento (LABUZA,
1975).
A força que promove as reações com água num alimento é proporcional ao potencial
químico da água existente nele. A Aw num alimento pode ser variada ou controlada
pelo processamento ou formulação.
Desta forma, o principal fator na estabilidade de um alimento não é o teor de umidade
e sim a disponibilidade de água para o crescimento de microrganismos e reações
químicas.
62
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Para responder à questão central deste projeto foi necessário observar, estudar e
compreender os elementos básicos da termossoldagem da embalagem de
salgadinhos. Nos subitens que se seguem, serão descritos os filmes, as condições
operacionais e os controles utilizados neste trabalho, que foi conduzido na planta da
Pepsico do Brasil Ltda em Itu – SP.
3.1 MATERIAIS
O material de embalagem, identificado abaixo como “atual”, é comum a todas as seis
linhas de enchimento. Além dele, foram utilizados dois outros, identificados como
Filme 2 e Filme 3. As suas estruturas são as seguintes:
•
Atual: BOPP transparente (20 µm) + tinta + adesivo + BOPP metalizado
(20 µm)
•
Filme 2: BOPP transparente (25 µm) + tinta + adesivo + BOPP metalizado
(20 µm)
•
Filme 3: BOPP transparente (30 µm) + tinta + adesivo + BOPP metalizado
(20 µm)
Convém esclarecer que assim como a opção atual os filmes “2” e “3” apresentados na
Tabela 7 foram definidos e homologados pela Pepsico do Brasil Ltda, considerando
materiais fabricados pela empresa Vitopel Ltda, com fábrica no Brasil.
63
TABELA 7 – ESPESSURAS, GRAMATURAS, TPO2 e TPVA DOS MATERIAIS DE BOPP/BOPP MET
Parâmetro
Espessura Total (µm)
Filme Atual
40
Filme 2
45
Filme 3
50
Espessura Parcial (µm)
CE – 20
CI – 20
CE – 25
CI – 20
CE – 30
CI – 20
Gramatura Total (g/m2)
36,4
41
45,8
Gramatura Parcial
CE – 18,2
CI – 18,2
CE – 22,8
CI – 18,2
CE – 27,6
CI – 18,2
TPO2
(23ºC/ 0%UR)
Máx 80cm3 O2/
m2.dia
Máx 80cm3 O2/
m2.dia
Máx 80cm3 O2/
m2.dia
TPVA
(38ºC/ 90%UR)
Máx. 0,40g
H2O/m2dia
Máx. 0,40g
H2O/m2dia
Máx. 0,40g
H2O/m2dia
(g/m2)
CE - Camada Externa
CI – Camada Interna
FONTE: www.vitopel.com/fichas_tecnicas_port_emb.asp
A metalização das três opções de material apresentadas na Tabela 7 está localizada
na face interna do polipropileno biorientado, ou seja, após a laminação ficará em
contacto com o adesivo, estando protegida a camada que confere barreira à umidade
e à luz.
3.2 EQUIPAMENTOS
Atualmente na fábrica da Pepsico do Brasil Ltda em Itu-SP existem os seguintes
equipamentos de enchimento vertical, cujas correias e mordentes operam com o
sistema intermitente.
•
Masipack Discovery
•
Masipack Ultra 250
64
•
Masipack Ultra 300
•
Bosch SVE 1800 MR
Para os testes deste trabalho foi utilizada a máquina Bosch SVE 1800 MR, pois este é
o único modelo de equipamento de enchimento instalado na linha de produção de
batatas fritas industrializadas da Pepsico do Brasil Ltda. O resultado obtido nesta
máquina poderá ser facilmente aplicado nos demais modelos disponíveis na fábrica
em questão.
Apesar da semelhança nos equipamentos, são utilizados três diferentes perfis de
mordentes horizontais que têm em comum apenas o comprimento de 200 mm e o
material de fabricação – aço SAE-1045, com tratamento de níquel duro.
A diferença dos perfis se dá na largura, passo entre as estrias e ângulos das estrias,
como mostrado na Tabela 8 e ilustrado na Figura 22.
TABELA 8 – PERFIL DOS MORDENTES
Perfil
Pa (mm)
Α (º)
L (mm)
P (mm)
M1
M2
M3
2,0
2,0
1,5
120
60
60
10
10
12
0,49
1,45
1,5
Pa – Passo entre as estrias
α – Ângulo das estrias
L – Largura do mordente
P – Profundidade das estrias
Pa
P
α
L
Pa – Passo entre as estrias
α – Ângulo das estrias
L – Largura do mordente
P – Profundidade das estrias
FIGURA 22 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE PERFIL DE MORDENTE.
65
3.2.1 Condições de operação do equipamento
Para a realização dos testes foram adotadas três diferentes condições de temperatura
e velocidade, as quais estão apresentadas na Tabela 9 e que são semelhantes às
utilizadas pelos operadores das máquinas de enchimento da Pepsico do Brasil Ltda.
TABELA 9 – PONTOS MÉDIOS DE TEMPERATURA versus TEMPO DE CONTACTO DOS
MORDENTES
Opção
Temperatura (ºC)
1
2
3
T1=120
T2=140
T3=160
Velocidade (golpes/min) nominal
V1=50
V2=60
V3=80
As embalagens utilizadas no teste tinham 150 mm de largura e 220 mm de passo de
fotocélula, e continham 50g de batata frita da marca Ruffles. Essas embalagens,
agrupadas em 40 unidades, foram acondicionadas em caixas de papelão ondulado
(comprimento = 500 mm x largura = 340 mm x altura = 312 mm).
Para o preparo das amostras a pressão de contacto dos mordentes foi mantida fixa em
40 lbf/pol2. Assim sendo, somente foram avaliadas as combinações de temperatura
nominal e velocidade, as quais são dependentes do tempo de termossoldagem do
equipamento.
O alinhamento dos mordentes foi verificado de acordo com o método utilizado e
recomendado pelo fabricante da máquina de empacotamento da marca Bosch (Figura
23).
66
MORDENTE
PAPEL BRANCO
CARBONO
PAPEL BRANCO
MORDENTE
FIGURA 23: REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA PARA VERIFICAÇÃO DE ALINHAMENTO DOS
MORDENTES
Após a montagem do esquema apresentado na Figura 23 os mordentes são
acionados manualmente provocando a marcação das estrias nos papéis brancos e
possibilitando a avaliação da homogeneidade da pressão.
A medida de temperatura ao longo dos mordentes é feita por termopares com
comprimento de 75 mm colocados no início do mordente entre a resistência e as
estrias sendo um para cada mordente horizontal.
A temperatura nos mordentes foi monitorada através da leitura dos pirômetros da
máquina e também com um controle externo (pistola de laser Roytec modelo Roynger
ST20) em pontos extremos do mordente e no ponto central do mesmo, conforme
ilustrado na Figura 24, antes da liberação da máquina para coleta do lote a ser
avaliado.
A
B
C
FIGURA 24 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DOS PONTOS DE CONTROLE DE TEMPERATURA
DO MORDENTE
67
3.3 METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DAS EMBALAGENS
As amostras de embalagem foram coletadas seguindo Norma ABNT NBR 5426 –
Planos de Amostragem e Procedimentos na Inspeção por Atributos (1985).
Para tanto, foram adotadas as seguintes definições:
- Lote: conjunto de unidades de uma só espécie, produzido sob as mesmas condições
e no mesmo período. Para este estudo foram consideradas 1600 embalagens de
batatas frita industrializada da marca Ruffles, que correspondem a um pallet de
produção, que foi produzido após a estabilização dos parâmetros de processo,
definidos nas Tabelas 8 e 9 e de acordo com as etapas e respectivas combinações
definidas no item 3.4 deste capítulo.
- Amostra: unidades do produto retiradas de forma aleatória do lote a ser
inspecionado, com o objetivo de fornecer informações, mediante inspeção, sobre a
conformidade deste lote de acordo com as exigências especificadas. Neste trabalho,
foi considerado o nível de inspeção II, que para o lote de 1600 embalagens,
corresponde à letra K=125 embalagens. Foi escolhido este nível II por se tratar de um
espaço amostral onde não é possível correr riscos e que não há histórico de
qualidade.
- Unidade: é o elemento (uma embalagem de batata frita) a ser inspecionado no
sentido de ser classificado como defeituoso ou não.
Para que haja um padrão na coleta das amostras, foi definido o seguinte plano (Figura
25):
68
25 embalagens em cada camada do pallet
Total: 125 embalagens
FIGURA 25 – ESQUEMA PARA COLETA DA AMOSTRA
3.3.1
Inspeção
As inspeções que foram realizadas para responder à questão central deste trabalho
tiveram foco na análise de integridade do sistema de fechamento de acordo com
ASTM D3078-94,2001 e no nível de ar, que indicará imediatamente se a quantidade
de ar especificado está se mantendo na embalagem.
Os parâmetros de qualidade usados para liberação da Pepsico do Brasil Ltda seguem
procedimentos internos desta empresa e são:
- Qualidade visual de resistência da termossoldagem: O analista deverá apertar
cada embalagem com as duas mãos conforme ilustrado na Figura 26 por 10 segundos
e a termossoldagem deverá se manter intacta, ou seja, não poderá apresentar
nenhum tipo de vazamento de ar (MACHADO, 2007).
69
FIGURA 26 – ANÁLISE VISUAL DE RESISTÊNCIA DE TERMOSSOLDAGEM
- Defeitos: o analista deverá avaliar visualmente as termossoldagens das embalagens
e verificar se as mesmas estão perfeitamente fundidas ou se há sobreposição do
material nas regiões fundidas que resultem em dobras e ou rugas conforme ilustrado
nas figuras 27 e 28 (MACHADO, 2007).
FIGURA 27 – DOBRAS NA TERMOSSOLDAGEM
FIGURA 28 – RUGAS NA TERMOSSOLDAGEM
As dobras são formadas pelo desalinhamento dos mordentes ou quando o tempo de
fechamento dos mesmos está desajustado com a queda do produto, ou seja, os
mordentes se fecham para formar a termossoldagem horizontal inferior antes da
queda do produto ou vice versa. Já as rugas têm como principal causa o aumento da
temperatura dos mordentes efetuado pelo operador da máquina de enchimento, com a
intenção de melhorar a integridade da termossoldagem.
Após liberação da qualidade das embalagens pelo Departamento de Qualidade da
Pepsico do Brasil Ltda, foi coletado o lote estabelecido para este estudo.
70
3.3.1.1
Integridade do sistema de fechamento
De maneira geral, um fechamento é considerado íntegro quando assegura ao produto,
no mínimo, a mesma proteção que é conferida pelo material da embalagem.
O objetivo desta análise é garantir que as embalagens de batatas frita da marca
Ruffles tenham seu fechamento íntegro e preservado mesmo depois de solicitações
mecânicas que ocorrem durante o manuseio e transporte.
O princípio básico desse ensaio destrutivo consiste na criação de um diferencial de
pressão entre o interior e o exterior da embalagem e, caso haja vazamento, observase a formação de bolhas no lado de baixa pressão. A sensibilidade do método é
dependente do diferencial de pressão, do gás utilizado e do líquido usado no ensaio
como meio externo (ASTM D3078-94 2001)
Para este ensaio foi usado um sistema composto de (Figura 29):
- câmara de vácuo totalmente transparente com dimensões adequadas para imersão
total da embalagem a ser ensaiada no líquido escolhido.
- líquido de imersão – água + 1/3 de glicerina para reduzir a tensão superficial e
promover o crescimento de bolhas.
71
FIGURA 29: CÂMARA DE VÁCUO PARA TESTE DE INTEGRIDADE DE TERMOSSOLDAGEM –
ENSAIO DE BOLHAS
A embalagem foi colocada dentro da câmara de vácuo, imersa no líquido (água+1/3 de
glicerina). A pressão na câmara de vácuo foi reduzida e observado se havia formação
de bolhas em um ou mais pontos da embalagem.
O nível de vácuo foi mantido por 30 segundos a uma pressão de 570mmHg, logo após
o vácuo foi quebrado e a embalagem examinada visualmente.
Para esta análise serão avaliados seis pontos nas embalagens conforme ilustrado na
Figura 30.
1
2
5
4
3
6
FIGURA 30 – ESQUEMA PARA IDENTIFICAÇÃO DE MICROFUROS
Pontos 1, 3: cantos horizontais superiores.
Pontos 4, 6: cantos horizontais inferiores.
Ponto 2: intersecção entre a selagem vertical e horizontal superior.
72
Ponto 5: intersecção entre a selagem vertical e horizontal inferior.
De acordo com incidência de microfuros nos pontos definidos na Figura 30 é
importante atenção a:
•
Pontos 1 e 3: deve-se avaliar a pressão, tempo e temperatura dos
mordentes horizontais;
•
Pontos 4 e 6: deve-se avaliar a pressão, tempo e temperatura dos
mordentes horizontais;
•
Ponto 2: deve-se avaliar a pressão, tempo e temperatura dos mordentes
vertical e horizontal;
•
Ponto 5: deve-se avaliar a pressão, tempo e temperatura dos mordentes
vertical e horizontal
Para cada uma das etapas que foram descritas no item 3.4 foram realizadas todas as
análises descritas neste subitem.
3.3.1.2.
Nível de ar interno (air fill)
Matz (1984) recomenda o controle de ar no interior das embalagens de batatas fritas
industrializadas para prevenção de quebras das fatias durante o acondicionamento em
caixas de embarque e transporte.
Neste estudo foi seguido o procedimento disponibilizado pela Pepsico do Brasil Ltda
(MACHADO, 2007).
Uma embalagem de cada vez foi colocada na posição horizontal no equipamento que
mede o ar no interior da embalagem. Na Figura 31 está ilustrado um medidor de air fill
73
efetuando a medida da altura de ar na embalagem que ocorre através da barra vertical
milimetrada.
FIGURA 31 – MEDIÇÃO DE AIR FILL
O nível de ar especificado pela Pepsico do Brasil Ltda para este tipo de produto e que
serão usadas neste estudo é de 50 à 60 mm. Esse valor foi definido
experimentalmente e garante proteção contra a quebra do produto durante a
distribuição, que é percebida pelo consumidor, que tolera até 50% de fatias quebradas
no interior da embalagem de 50g.
As fatias de batatas frita quando realizado a análise de quebrados, classificam-se em:
•
Fatias Inteiras: Chips completos independente do tamanho, ou fatias com corte
reto, liso proveniente da etapa de seleção/corte (Figura 32).
FIGURA 32: FATIAS DE BATATAS FRITA INTEIRAS.
74
•
Fatias parciais: Chips quebrados que possuem área superficial maior ou igual a
1,9cm x 1,9cm, conforme ilustrado na Figura 33.
FIGURA 33: FATIAS DE BATATAS FRITA PARCIAIS.
•
Scraps: Qualquer chip incompleto (quebrado) menor que 1,9cm x 1,9cm
conforme a Figura 34.
FIGURA 34: SCRAPS DE FATIAS DE BATATAS FRITA.
Se uma fatia tem uma extremidade reta resultada por um corte de faca da área de
seleção de batata, será considerada uma 'fatia inteira'. Somente fatias com
extremidades quebradas ou deformadas serão classificadas como parciais ou scraps.
75
3.4 ETAPAS
As amostras para análise serão preparadas considerando as combinações para cada
uma das etapas apresentadas a seguir.
Etapa 1: Ajustar velocidade e temperatura de empacotamento para que as
embalagens formadas não apresentem microfuros nas regiões de termossoldagem
(Tabela 10).
Para esta etapa, serão mantidos fixos os seguintes parâmetros:
-
Perfil
de
mordente:
Passo=
2
mm/
Ângulo=120º/
Largura=10
mm
e
Profundidade=0,49 mm
- Identificação do filme: Filme atual, 40 µm (Filme atual – tabela 7 desta dissertação).
TABELA 10 – CONDIÇÕES OPERACIONAIS DO EQUIPAMENTO NA ETAPA 1
Temperatura (ºC)
120
140
160
Velocidade (pacotes / min.)
50
60
80
Caso as variáveis (temperatura de termossoldagem e velocidade de enchimento)
testadas com os parâmetros atuais de filme e mordentes usados pela Pepsico do
Brasil Ltda não resultassem na redução da incidência de microfuros para o máximo de
1% das amostras testadas, seria seguido o racional descrito na Etapa 2.considerando
o histórico de resultados desta Etapa 1.
Etapa 2: manter o perfil do mordente utilizado na Etapa 1 e testar duas alternativas de
materiais com espessuras diferentes da atual (Tabela 11).
76
TABELA 11 – CONDIÇÕES OPERACIONAIS DO EQUIPAMENTO NA ETAPA 2
Identificação e
espessura do filme
F2, 45 µm
F3, 50 µm
F2, 45 µm
F3, 50 µm
F2, 45 µm
F3, 50 µm
Temperatura (ºC)
Velocidade (pacotes / min)
120
120
140
140
160
160
50
50
60
60
80
80
Caso a combinação das variáveis (temperatura de termossoldagem, velocidade de
enchimento e espessura de filme) da Etapa 2 não resultasse na redução da incidência
de microfuros para o máximo de 1% das amostras testadas, seria seguido o racional
descrito na Etapa 3, considerando o histórico das etapas anteriores.
Etapa 3: avaliar dois outros perfis de mordente, descritos a seguir, para que as
embalagens formadas não apresentem microfuros nas regiões de termossoldagem. As
condições operacionais são mostradas na tabela 12.
- Perfil de mordente 2: Passo= 2,0mm/ Ângulo=60º/ Largura=10mm e Profundidade=
1,45mm
TABELA12 – CONDIÇÕES OPERACIONAIS DO EQUIPAMENTO NA ETAPA 3
Identificação e espessura
do filme
F1, 40 µm
F2, 45 µm
F3, 50 µm
F1, 40 µm
F2, 45 µm
F3, 50 µm
F1, 40 µm
F2, 45 µm
F3, 50 µm
Velocidade (pacotes /
min)
50
50
50
60
60
60
80
80
80
Temperatura (ºC)
120
120
120
140
140
140
160
160
160
Foi previsto que a interpretação dos resultados consideraria o histórico de resultados
das três etapas. .
77
Caso a combinação das variáveis (temperatura de termossoldagem, velocidade de
enchimento, espessura de filme e perfil de mordente 2) não resultasse na redução de
incidência de microfuros para o máximo de 1% das amostras testadas, seria seguido o
mesmo racional mas, considerando o mordente com o perfil 3 (Figura 35) que segue
abaixo:
- Perfil de mordente 3: Passo= 1, 5mm/ Ângulo=60º/ Largura=12 mm e
Profundidade= 1,5 mm
FIGURA 35 – LÓGICA DOS TESTES DA ETAPA 3 PARA OS PERFIS DE MORDENTES 2 OU 3.
78
4.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados do trabalho são apresentados seguindo a lógica demonstrada ao final
do Capítulo 3 (Figura 35).
4.1
ETAPA 1
Para liberação da coleta do lote do teste referente à Etapa 1 foram avaliados o
alinhamento dos mordentes horizontais de perfil 1 seguindo o esquema indicado na
Figura 23 até a obtenção da máxima homogeneidade na pressão dos mordentes.
O equipamento foi colocado em ritmo de produção para embalagens de 50g e o
Departamento de Qualidade da Pepsico do Brasil Ltda precisou de 2 horas, em média,
para realizar todas as análises visuais (item 3.3.1) de cada parâmetro (temperatura e
velocidade) definido para esta etapa.
Antes do início da coleta de cada lote amostral (1600 embalagens) foi feita uma
medição da temperatura em cada um dos pontos pré-definidos dos mordentes
horizontal dianteiro e traseiro (Figura 24), utilizando uma pistola de laser Roytec
modelo Roynger ST20, para assegurar que não havia diferença entre a temperatura
indicada no painel do equipamento de enchimento e a temperatura real em três pontos
do comprimento total do mordente..
Os resultados dessas medições são apresentados na tabela 13.
79
TABELA13: TEMPERATURA AO LONGO DO PERFIL DOS MORDENTES HORIZONTAIS – M1
Mordentes
Pontos
pré-definidos
Horizontal
Dianteiro
A
B
C
A
B
C
Horizontal
Traseiro
Média
Mínimo
Máximo
Desvio Padrão
120ºC
122,70
113,10
121,30
119,00
116,50
120,20
118,80
113,10
122,70
3,50
Temperatura Real (ºC)
140ºC
160ºC
146,30
162,90
136,40
158,30
141,80
161,50
142,70
159,80
139,50
157,10
141,00
160,30
141,28
159,98
136,40
157,10
146,30
162,90
3,30
2,10
O monitoramento ao longo do comprimento do perfil dos mordentes horizontal
dianteiro e traseiro apresentados na tabela 13 mostrou que há variação entre o valor
de temperatura do painel da máquina de enchimento e a realidade das temperaturas
médias encontradas. Desvio padrão variando entre 2,10 à 3,50 dependendo da
temperatura.
Além disso, foi detectado que no centro dos mordentes as temperaturas são inferiores
às extremidades do mesmo. Tal fato ocorre porque uma das extremidades do
mordente dianteiro e traseiro é o local de instalação dos termopares que têm apenas
75 mm de comprimento cada.
Essa variação é considerada normal pelo fabricante do equipamento.
Os resultados obtidos nesta Etapa 1 são apresentados na Tabela 14.
TABELA14: RESULTADOS DA ETAPA 1
Condição
(ºC/
pacotes/min/
µm)
120/50/40
140/60/40
160/80/40
Air Fill (mm)
Incidência de microfuros
Méd.
Máx
Mín
D.Pad
P1
P2
P3
P4
P5
P6
51
50
49
57
56
54
39
36
39
3,5
2,6
2,2
4
3
4
7
9
13
1
2
3
5
4
2
8
13
12
3
4
7
Air fill especificado: 50 – 60mm.
Microfuros máximo tolerado 1%.
Total
Embalagens
com
microfuros
Unid = (%)
14 = 11%
19 = 15%
29 = 23%
80
O nível médio de ar interno encontrado estava no mínimo especificado e para uma das
condições abaixo do mínimo especificado e, além disso, foi encontrada alta incidência
de microfuros não só no % de embalagens versus o total da amostra, mas também
nos pontos pré-definidos na figura 30.
Avaliando as incidências de microfuros encontradas por ponto, o resultado apesar de
alto foi coerente uma vez que a maior quantidade está na união da termossoldagem
horizontal e vertical (pontos 2 e 5) que é onde está a maior espessura de material de
toda a largura da embalagem. Este fato é comum de ser obtido devido ao fato da
pressão no comprimento total do mordente ser a mesma e a temperatura de ajuste
também, ou seja, não há nenhum tipo de controle espcecial no equipamento de
enchimento que considere o aumento de espessura de material a ser termossoldado
na região central da largura da embalagem.
Os resultados obtidos indicam que não foi atingido o nível desejado de microfuros, fato
que tornou necessária a execução da Etapa 2.
4.2
ETAPA 2
Para liberação da coleta do lote do teste referente à Etapa 2 foi alterado o material de
embalagem para o filme 2, descrito na tabela 7 e o equipamento foi colocado em
regime industrial uma vez que não foi alterado o perfil do mordente.
O Departamento de Qualidade da Pepsico do Brasil Ltda precisou de 2 horas, em
média, para realizar todas as análises visuais (item 3.3.1) de cada parâmetro
(temperatura, velocidade e espessura do material) definido para esta hipótese.
81
Neste caso não foi avaliada a variação entre a temperatura indicada no painel do
equipamento de enchimento versus a temperatura real do mordente por se considerar
que a variação já era conhecida e aprovada para operação usual.
Os resultados obtidos nesta etapa, para o filme 2 são apresentados na tabela 15.
TABELA15: RESULTADOS DA ETAPA 2 FILME 2
Condição
(ºC/
pacotes/min/
µm)
120/50/45
140/60/45
160/80/45
Air Fill (mm)
Incidência de microfuros
Méd.
Máx
Mín
D.Pad
P1
P2
P3
P4
P5
P6
49
48
45
57
56
56
30
44
49
3,0
2,1
2,0
4
4
1
13
16
8
3
4
14
5
5
5
18
11
19
7
3
9
Total
Embalagens
com
microfuros
Unid = (%)
30= 24%
37= 30%
54= 43%
Air fill especificado: 50 – 60mm.
Microfuros máximo tolerado 1%.
Neste caso nota-se que a média do nível de ar interno está fora da faixa especificada
(50-60 mm) e inferior aos resultados obtidos na etapa anterior. Além disso, houve
aumento considerável na incidência de microfuros em relação à Etapa 1. Em outras
palavras, o padrão de operação não foi atingido .
É provável que o aumento desta incidência ocorreu pelo aumento de espessura do
material.
Avaliando as incidências de microfuros encontradas por ponto o resultado foi alto
também, mas, continua coerente uma vez que a maior quantidade está na união da
termossoldagem horizontal e vertical (pontos 2 e 5) que é onde está a maior
espessura de material de toda a largura da embalagem. Isto se dá pelo mesmo motivo
já explicado na discussão dos resultados da Etapa 1.
82
Em seguida foi realizado o teste com o filme 3 após o equipamento ter sido colocado
em regime industrial uma vez que não foi alterado o perfil do mordente. Os resultados
são apresentados na tabela 16.
TABELA16: RESULTADOS DA ETAPA 2 FILME 3
Condição
(ºC/
pacotes/min/
µm)
120/50/50
140/60/50
160/80/50
Air Fill (mm)
Incidência de microfuros
Méd.
Máx
Mín
D.Pad
P1
P2
P3
P4
P5
P6
49
48
47
51
54
53
41
44
40
2,50
1,90
3,10
4
9
11
13
29
35
5
8
6
9
5
5
21
26
29
7
10
14
Total
Embalagens
com
microfuros
Unid = (%)
32= 26%
78= 62%
91= 73%
Air fill especificado: 50 – 60mm.
Microfuros máximo tolerado 1%.
Analisando criteriosamente os resultados da tabela 16, observa-se que ocorreu um
aumento ainda mais significativo na incidência de microfuros não só no percentual de
embalagens defeituosas como também na incidência de microfuros avaliada nos
pontos pré-definidos.
Este considerável aumento de microfuros para o cenário da etapa 2 foi discutido com o
fabricante de filme base (Vitope Ltda) e com o fabricante do equipamento de
enchimento e as hipóteses levantadas para tais resultados foram:
- fabricante de filme base: o racional de aumento total de espessura no filme
convertido só faria sentido para redução de microfuros se a espessura da camada
selante tivesse sido aumentada proporcionalmente. Isso porque, foi aumenta a
espessura total para transferência de calor durante a termossoldagem , mas a camada
selante do material coextrusado se manteve fixa em 1,5 micra.
- fabricante do equipamento de enchimento: para o aumento da espessura total do
material seria necessário revisar o sistema de mordentes: perfil e sistema de
dissipação de calor uma vez que a transferência de calor precisaria ser mais rápida
para atingir a mesma espessura de camada selante.
83
Desta forma, constatando o sensível aumento na incidência de microfuros resultantes
do uso das duas alternativas de filmes (2 e 3), e sabendo que para este estudo não
seriam aumentadas proporcionalmente a espessura da camada selante para os filmes
mais espessos foi definida a não utilização dos mesmos na Etapa 3
4.3
ETAPA 3
Para liberação da coleta do lote do teste referente à Etapa 3 foram avaliados o
alinhamento dos mordentes horizontais de perfil 2 seguindo o esquema indicado na
Figura 23 até a obtenção da máxima homogeneidade na pressão dos mordentes.
O equipamento foi colocado em ritmo de produção para embalagens de 50g conforme
já havia sido realizado nas Etapas anteriores e liberado para coleta das amostras
somente após liberação do Departamento de Qualidade da Pepsico do Brasil Ltda.
Antes do início da coleta de cada lote amostral (1600 embalagens) foi feita uma
medição em cada um dos pontos pré-definidos dos mordentes horizontal dianteiro e
traseiro (Figura 24) para verificar se a influência dos termopares do novo mordente
(M2) manteria a mesma variação entre os valores de temperatura indicados no painel
do equipamento de enchimento e a temperatura real em três pontos do comprimento
total do mordente. A medição foi feita com o mesmo aparelho usado na Etapa 1 pistola de laser Roytec modelo Roynger ST20.
.
Os resultados dessas medições são mostrados na tabela 17.
84
TABELA17: TEMPERATURA AO LONGO DO PERFIL DOS MORDENTES HORIZONTAIS – M2
Mordentes
Pontos
pré-definidos
Horizontal
Dianteiro
A
B
C
A
B
C
Horizontal
Traseiro
Média
Mínimo
Máximo
Desvio Padrão
Temperatura Real (ºC)
140ºC
160ºC
141,10
159,80
137,00
157,90
139,50
161,20
143,80
160,00
139,00
156,40
140,30
161,70
140,12
159,50
137,00
156,40
143,80
161,70
2,28
2,01
120ºC
124,50
118,70
119,80
122,10
117,2
121,00
120,55
117,20
124,50
2,59
O monitoramento ao longo do comprimento do perfil dos mordentes horizontal
dianteiro e traseiro (M2) apresentados na tabela 17 mostrou que há variação entre o
valor de temperatura do painel da máquina de enchimento e a realidade das
temperaturas médias encontradas. Desvio padrão variando entre 2,01 à 2,59
dependendo da temperatura. A mesma constatação já encontrada para o perfil de
mordente M1 foi encontrada para o M2, ou seja, no centro do mordente a temperatura
é inferior do que na lateral do mesmo.
Assim como para o mordente M1 as variações encontradas foram consideradas
normais pelo fabricante do equipamento. Desta forma, foi considerado que nas três
temperaturas da Etapa 3 a termossoldagem operou dentro dos padrões usuais.
Os resultados obtidos nesta etapa para o filme atual são apresentados na tabela 18.
TABELA18: RESULTADOS DA ETAPA 3, FILME ATUAL, MORDENTE M2
Condição:
M2
(ºC/ golp/min/
µ)
120/50/40
140/60/40
160/80/40
Méd.
Máx
Mín
D.Pad
P1
P2
P3
P4
P5
P6
Total
Embalagens
com microfuros
Unid = (%)
58
53
50
60
59
56
50
47
40
3,3
2,9
2,3
0
3
1
1
6
11
0
1
0
0
0
6
1
4
8
0
2
5
2= 1%
14= 11%
23= 18%
Air Fill (mm)
Air fill especificado: 50 – 60mm.
Microfuros máximo tolerado 1%.
Incidência de microfuros
85
Os valores apresentados na tabela 18 mostram que a utilização de um novo perfil de
mordente reduziu a incidência de microfuros ao nível desejado – máximo de 1% para a
primeira condição avaliada – filme atual.
Este resultado confirmou que o perfil do mordente deve ser definido em conjunto com
o tipo de material que se deseja utilizar, bem como com a velocidade de enchimento e
temperatura de termossoldagem, ou seja, aumento de espessura ou aumento de
temperatura não podem ser considerados como parâmetros isolados para solução de
problemas com integridade de termossoldagem.
Entretanto, o que se observa é que a única embalagem que apresentou microfuros, os
mesmos apareceram nos pontos 2 e 5 pré-definidos na figura 30. Tal fato leva a
entender que a oportunidade para melhorar ainda mais a integridade das
termossoldagens em máquinas de enchimento industrial seria a alteração da
localização dos termopares para que o calor se dissipasse de uma maneira mais
uniforme, pois no ponto mais crítico das embalagens tipo almofada (maior espessura,
devido à união das termossoldagens horizontal e vertical) é aonde chega menos calor/
temperatura para ajudar na fusão do material.
Esta constatação somente foi possível devido ao controle externo realizado com a
pistola a laser em 3 pontos de cada um dos mordentes horizontais (dianteiro e
traseiro).
86
5
CONCLUSÃO
Considerando os resultados obtidos nas 3 etapas testadas, conclui-se que as
condições de operação para máquina VFFS que permite a incidência de perdas dentro
do limite tolerável de 1% é a seguinte:
- Filme atual (40 µ), perfil de mordente M2 (Passo= 2,0 mm/ Ângulo=60º/ Largura= 10
mm e Profundidade= 1,45 mm), temperatura de termossoldagem igual a 120 ºC e
velocidade de 50 pacotes / minuto.
O racional deste estudo, realizado com embalagens laminadas compostas por dois
filmes de BOPP (transparente + metalizado), poderá ser facilmente aplicável em
sistemas de embalagens semelhantes, que use materiais laminados mesmo que
diferentes dos utilizados neste trabalho e sistema de termossoldagem intermitentes.
87
6
SUGESTÕES
Os resultados obtidos comprovaram que a maior incidência de microfuros ocorre na
união das termossoldagens horizontal e vertical – região central do mordente, inclusive
esta foi a única incidência de microfuros na condição operacional recomendada ao
final deste estudo.
Desta forma, acredita-se ser de grande importância a continuidade do estudo em
pauta, repensando quanto ao local de instalação dos termopares do mordente a fim de
que a dissipação de calor seja mais uniforme no comprimento total do mordente.
Uma sugestão para este estudo seria aproveitá-lo para que a manutenção das
resistências e termopares dos mordentes seja mais fácil e, consequentemente,
demande menos tempo para execução, pois devido a esta dificuldade a operação
industrial posterga esta atividade que certamente causa problemas de integridade no
fechamento das embalagens formadas em máquina de enchimento vertical.
88
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