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Automatização de uma máquina de termoformagem para embalagens recicláveis, compostáveis e descartáveis

Hamer e Beckhoff desenvolvem máquina de termoformagem para polpa de celulose

Frank Würthner, Gestão Industrial de Embalagens, Beckhoff Automation07/02/2024

A termoformagem é o método mais comum para produzir bandejas, pratos e embalagens plásticas a baixo custo. No entanto, muitos consumidores criticam o uso do plástico como material de embalagem. A celulose, por outro lado, oferece uma alternativa sólida. Por isso, a Hamer uniu forças com a Beckhoff para desenvolver uma máquina de termoformagem para polpa de celulose de base aquosa.

Quando questionado sobre o que levou a Hamer a embarcar num projeto tão ambicioso, Joan Ferrer, membro do departamento elétrico e de software da empresa, responde: “A preocupação com o ambiente levou-nos a desenvolver uma tecnologia de embalagem de celulose amiga do ambiente e totalmente reciclável. A particularidade desta tecnologia é a forma como a celulose é seca, utilizando uma combinação específica de pressão e temperatura. Isto cria embalagens dimensionalmente estáveis com contornos claramente definidos que podem ser adaptados às dimensões e à forma do artigo que contêm, tornando-as adequadas para uma vasta gama de produtos. ”Com a máquina de termoformagem HP96 para pasta de papel, podemos oferecer aos nossos clientes, pela primeira vez, uma alternativa sustentável às embalagens de plástico convencionais", afirma Joan Ferrer.

A Hamer desenvolveu a HP96, uma termoformadora para embalagens sustentáveis à base de celulose reciclável
A Hamer desenvolveu a HP96, uma termoformadora para embalagens sustentáveis à base de celulose reciclável.

O processo é totalmente amigo do ambiente, tanto na extração da matéria-prima como na sua posterior reciclagem. O material de embalagem é biodegradável e 100% compostável e, graças à sua respirabilidade, os tabuleiros à base de pasta de papel também são adequados para frutas e legumes. Uma vez laminado, o material pode mesmo ser utilizado para produtos que necessitem de ser embalados sob gás inerte; uma vez que a celulose não tem carga eletrostática, pode também ser utilizada para embalar com segurança produtos eletrónicos.

A Hamer HP96 também oferece inúmeras vantagens em termos de tecnologia e produtividade. Com quatro ciclos por minuto, o seu desempenho é mais de duas vezes superior ao de máquinas comparáveis no mercado, com uma área de formação de 900 × 600 mm e uma profundidade de formação de até 100 mm. A máquina pode processar até 300 g de CTMP (pasta quimio-termo-mecânica) por ciclo, o que equivale a cerca de 72 kg por hora ou 576 kg por turno.

Integração vertical alargada e plataforma de automação aberta

As bases desta inovação foram lançadas há mais de 40 anos, quando a família suíça Schiess fundou a Hamer na cidade catalã de La Granada, no início da década de 1980. Atualmente, a empresa sediada em Barcelona conta com quatro décadas de experiência no setor da embalagem. Com um elevado nível de integração vertical, a empresa controla firmemente todos os processos, incluindo o design e a tecnologia de automatização. "É assim que podemos entrar em novos mercados e desenvolver soluções de acordo com as necessidades atuais", confirma Joan Ferrer.

A termoformagem de fibra húmida, um processo que a Hamer desenvolveu em conjunto com a Beckhoff, é a prova mais recente desta afirmação. “O projeto de desenvolvimento foi um verdadeiro desafio técnico”, diz Octavi Martí da equipa de vendas da filial da Beckhoff em Barcelona. A relação comercial entre as duas empresas tem sido muito próxima ao longo do projeto, e o portfólio completo de automação da Beckhoff também despertou o interesse da equipa da Hamer.

As embalagens de celulose são uma alternativa sustentável aos tabuleiros de plástico convencionais...
As embalagens de celulose são uma alternativa sustentável aos tabuleiros de plástico convencionais. Termoformagem em fibra húmida para uma embalagem sustentável

O processo começa com a preparação da fibra, que consiste em misturar os materiais de base com água para obter a consistência necessária. A pasta de celulose é então transportada do tanque principal para o termoformador através de um processo de absorção a vácuo. É nesta altura que são criados os produtos moldados em 3D de alta qualidade no molde de termoformagem, com um controlo sofisticado da temperatura, pressão, tempo de prensagem, vácuo e secagem a quente. O resultado deste processo é uma embalagem com um elevado nível de resistência mecânica, juntamente com um acabamento superficial e uma forma ideais. Os materiais de produção excedentes são devolvidos diretamente ao ciclo de produção através de transportadores fechados e circuitos de água, de modo a reduzir o consumo de material e os custos de eliminação.

Condições de processo especiais requerem componentes com proteção IP65, incluindo o painel de controlo e os servomotores AM8700...
Condições de processo especiais requerem componentes com proteção IP65, incluindo o painel de controlo e os servomotores AM8700, concebidos para a indústria alimentar e de embalagem com caixa anodizada e grau de proteção IP69K. Foto: Hamer

O projeto foi um verdadeiro desafio, não só devido ao controlo do movimento, mas também devido à necessidade de monitorizar o consumo de energia das estações de secagem e de moldagem em tempo real. O consumo típico de uma HP96 é de cerca de 140 kWh. Os terminais de medição de potência EtherCAT EL3443 são utilizados em conjunto com os transformadores de corrente em anel de alta precisão SCT3215 e SCT1111 para registar e monitorizar o consumo de energia em tempo real. “Ao observar a potência e o consumo de energia, podemos facilmente verificar se tudo está a funcionar corretamente e como o consumo de energia se comporta em diferentes condições de trabalho”, explica Joan Ferrer.

A caixa anodizada e o elevado grau de proteção IP69K dos servomotores da série AM8700 oferecem uma proteção ideal contra as grandes quantidades de vapor e água que são geradas durante o processo. Além disso, a One Cable Technology (OCT) dos servomotores também reduz o trabalho de cablagem.

O controlo preciso das sequências de movimento e a regulação da temperatura são aspetos essenciais dos processos de termoformagem...
O controlo preciso das sequências de movimento e a regulação da temperatura são aspetos essenciais dos processos de termoformagem. É por isso que a Hamer confia no servo-sistema multi-eixo AX8000 e nas extensões TwinCAT 3 para esta máquina. Foto: Hamer

Outros elementos-chave são o painel de controlo CP3916 com proteção IP65 e o TwinCAT HMI (TF2000). “Ambos permitem um controlo intuitivo de todos os processos em curso na máquina, bem como o aumento da eficiência e da segurança da máquina de termoformagem”, afirma Joan Ferrer. A visualização baseia-se inteiramente em HTML5 e é, por conseguinte, independente da plataforma; graças a esta caraterística, a HMI da Hamer está preparada para o futuro, uma vez que as máquinas podem ser operadas a partir de qualquer PC ou outro dispositivo móvel. A aplicação TwinCAT permite ainda que os dados sejam extraídos da máquina de diferentes formas; a programação orientada para objetos facilita a reutilização do código e o software de gestão de versões Git também oferece vantagens significativas.

Não há dúvida de que este projeto é um marco importante para a Hamer, demonstrando o papel que a inovação e a colaboração desempenham na conceção de soluções únicas e eficazes. “Estou confiante de que a nossa colaboração conduzirá a soluções de embalagem mais inovadoras e eficientes no futuro”, afirma Joan Ferrer com entusiasmo. “Na verdade, já identificámos a tecnologia Beckhoff que temos em vista a partir de agora: TwinCAT Vision, TwinCAT Analytics e TwinCAT Cloud Engineering”.

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