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S1edición 2 - volumen 27 / abril - mayo 2012www.plastico.com/contactealproveedor

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TECNOLOGÍA

La simulación ahorra costos en moldeo por soplado

Con el patrocinio de

A través de un estudio de caso se ilustra el enorme potencial de ahorro de materia prima y tiempo de diseño que puede lograrse usando simulación en moldeo por soplado.

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a penetración de las herra-mientas de simulación en el moldeo por soplado cada vez es mayor. Los progra-mas de software disponi-

bles son cada vez más precisos y pueden in-tegrarse en diferentes etapas del proceso de diseño.

En un estudio de caso presentado por la revista alemana Plastverarbeiter en enero de este año (1), se ilustra el caso de éxito de Amcor Rigid Plastics, quienes han logrado un enorme ahorro de dinero al usar herra-mientas computacionales.

Amcor es el mayor fabricante de envases PET del mundo y desde sus fábricas se su-ministran envases para las principales mar-

cas mundiales, que fabrican desde refrescos y salsas hasta champús y productos para el cuidado personal. (2)

En una entrevista otorgada a la revis-ta, Suresh Krishnan, director de grupo de Amcor Advanced Engineering Services, de-clara: “una botella de PET es, en sí, un pro-ducto sencillo. Desde el punto de vista de di-seño, sin embargo, tiene una serie de funcio-nes demandantes qué cumplir”.

Por ejemplo, una botella de dos litros para bebidas carbonatadas debe ser diseñada si-guiendo las demandas del mercado objeti-vo, sin que pierda la forma en ninguna de las etapas de llenado, mezclado del agente es-pumante, sellado, etiquetado, empacado y despacho. Los contenedores llenados en ca-

liente son aún más difíciles de diseñar, pues adicionalmente se debe contar con las varia-ciones en presión y temperatura.

La solución de Amcor para producir en forma eficiente en costos este tipo de enva-ses ha sido usar soluciones computaciona-les, que permiten además simular virtual-mente la resistencia mecánica de los enva-ses. La empresa hace uso de los sistemas de Dassault Systèmes, entre los que se cuentan los paquetes de software Catia, Enovia y Si-mulia.

Usando sistemas de simulación, Amcor Rigid Platics ha reportado una reducción de 27% en consumo de materia prima, reduc-ción del 50% en los tiempos de ciclo de dise-ño y cerca de 20% de reducción en los cam-bios de diseño requeridos. Además se ha re-ducido la necesidad de generar prototipos físicos.

El núcleo de la simulación lo constituye el sistema de cálculo por elementos finitos de Simulia, basado en Abaqus. El software le permite a los desarrolladores estudiar el efecto de cambios en el diseño, en los pará-metros de los materiales y en los parámetros de proceso, de tal forma que se pueda lograr un diseño liviano, usando la menor cantidad de material posible.

ESPECIAL SOPLADO

S2 edición 2 - volumen 27 / abril - mayo 2012 www.plastico.com

Amcor, el mayor fabricante de envases PET del mundo, usa herramientas computacionales para mejorar el desempeño y el perfil ambiental de sus productos.

Usando sistemas de simulación, Amcor Rigid Platics ha reportado una reducción en consumo de materia prima, energía y tiempos de diseño.

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En el caso de Amcor, que pro-duce empaques para productos de consumo masivo, cualquier ahorro en material que se logre en el dise-ño del empaque resulta en un aho-rro efectivo de millones en la cuen-ta bancaria. Esto, sin mencionar los efectos positivos que se tienen en sostenibilidad, ya que el medio am-biente se ve menos afectado por el uso innecesario de material de em-paque.

De acuerdo con Krishnan, “si se usa muy poco material, la calidad

en paralelo, por ejemplo los efectos combi-nados de mecánica de fluidos, temperatu-ra, presión y deformación del material”. De esta forma el equipo técnico tiene una base para discutir con el equipo de diseño indus-trial. El retrabajo y rediseño se ha reducido en más del 20% anual.

Simulando el fluido envasado En general, se requiere considerar la natura-leza del fluido envasado, ya que esto tiene un efecto en la presión generada dentro del en-vase. Si se trata de agua, una bebida carbona-tada, leche o jugo, las condiciones de visco-sidad y densidad varían, así como las condi-ciones de presión interna. Estas condiciones ejercen un papel importante a la hora de cal-cular la resistencia del envase producido.

Desde el punto de vista productivo, los en-vases llenados en caliente, que tienen tantos desafíos desde el punto de vista estructural,

se han visto enormemente benefi-ciados por el uso de análisis por ele-mentos finitos. Cuando se llenan en caliente, los envases de PET sufren una relajación de esfuerzos y tien-den a volver a su forma original, la preforma. En este caso se requiere usar paneles de vacío para contra-rrestar el efecto negativo del calen-tado. “Ahora podemos modelar sin problema estas propiedades físicas en elementos finitos. Sencillamen-te aplicamos un tipo de elemento particular para el fluido, en el que

del envase se ve afectada. Si se usa mucho material, se tiene un problema de costos. Un diseño liviano tiene un significado estraté-gico desde el punto de vista de competitivi-dad. El uso de CAE, Ingeniería Asistida por Computador, dentro de nuestro sistema de manejo del ciclo de vida del producto goza en nuestro caso de un rol principal”.

De acuerdo con lo reportado por la revis-ta alemana, a manera de ejemplo, duran-te el año 2010 Amcor redujo el consumo de material plástico en 60 mil toneladas. Entre 2006 y 2010 la reducción en resina ha sido de 160 mil toneladas.

Las etapas de una simulaciónEn una primera etapa se hace uso del soft-ware Catia, con el que se produce un primer modelo 3D a partir de ciertos parámetros: superficie, volumen y peso. En este caso se usan construcciones pre-diseñadas, de for-ma que no hay que empezar “de cero” en cada etapa, sino que se pueden usar diseños ya existentes. De esta forma, en Amcor se redujeron los tiempos de diseño de dos se-manas a dos días. Se han podido desarrollar “catálogos” de diseños, basados de “mejo-res-prácticas” y en el “know-how” de la em-presa, de forma tal que se ahorra en tiempo y en esfuerzo.

Una vez el equipo de trabajo ha termina-do con una propuesta de diseño, los técni-cos mallan la geometría y la usan para ha-cer un análisis de elementos finitos. En este caso se hacen diferentes tipos de simulacio-nes, que incluyen simular el comportamien-to del modelo en vacío, por ejemplo, o cuan-do tiene que soportar una carga ejercida en su parte superior (“top-load”). Adicional-mente se hacen simulaciones para caídas, soplado, transporte, doblado y para capaci-dad de apilamiento. “Para nosotros es im-portante poder simular diferentes tipos de carga en simultáneo”, afirma Kirshnan. “De-bemos considerar una gama de parámetros

se consideran las condiciones hidrostáticas modificadas”, de acuerdo con Krishnan.

Ahorrando en cada etapa El uso de este tipo de herramientas de simu-lación hace parte de una iniciativa general de Amcor por ahorrar peso en los envases producidos. De esta forma, por ejemplo, un envase que antes pesaba 81 g ahora pesa 59 g, un ahorro de 27% en materia prima. “Con la simulación estamos ahora en la posición de jugar mucho más con los parámetros y com-parar entre sí diferentes diseños. Controla-mos los resultados de forma central en un sistema, de forma tal que están disponibles durante todo el proceso para todas las partes involucradas”, afirma Krishnan.

También añade que la simulación aún no reemplaza al cien por ciento el uso de pro-totipos físicos. Sin embargo, gracias a que la precisión y confiabilidad de los resulta-dos computacionales viene mejorando con el tiempo, el número de prototipos físicos necesarios se ha reducido sustancialmente. De acuerdo con Krishnan, los resultados de las simulaciones y las mediciones obtenidas concuerdan satisfactoriamente, de forma tal que ellos hoy en día confían en las simu-laciones. Los ciclos de diseño se han reduci-do de un año o un año y medio a nueve me-ses, con lo que los tiempos y costos se han re-ducidos.

ReferenciasPlastverarbeiter: “Über die Kunst des Weglassens”, Lisa Roner, edición 01/2012Dassault Systems: www.3ds.com/contactmag/es/focus/sustainable-innovation-supporting-people-planet-and-profit/article/responsible-design-and-production-at-amcor

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Dassault Systèmes 254

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ESPECIAL SOPLADO

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Estiradoeléctrico mejora productividadSidel (stand 8825) presenta en NPE 2012 la nueva SBO Compact2, una nueva generación de máquinas lineales de soplado, en la que el estirado es operado en forma eléctrica. De acuerdo con la empresa, la calidad y el desempeño son similares a los de la serie existente, pero la tecnología se ha mejorado y se ha hecho más robusta, y gracias a que ahora el estirado se hace impulsado por un motor eléctrico, se incrementa la calidad y la precisión de la botella soplada.

Durante el proceso de soplado de botellas, el objetivo es lograr la máxima reproducibilidad y estabilidad del proceso, a la vez que se aumenta la velocidad de producción. Normalmente, las preformas se estiran en una unidad neumática, con impulsos hidráulicos. Ahora esta operación está a cargo de un servomotor.

La nueva consola “stretch” tiene varias ventajas: permite un control permanente de la posición y de la velocidad, con lo que se incrementa de manera importante la reproducibilidad del proceso. Además puede adaptarse

a diferentes tamaños de botella. Otra ventaja es que cuando se cambia el formato, no es necesario ajustar en forma manual los detectores de presoplado y de soplado principal, sino que este ajuste se hace en forma automática. Adicionalmente, la velocidad de estirado se ha incrementadod e 1 a 1,3 m/s, de forma que se incrementa la productividad.

La máquina ya ha sido probada por clientes en Sudáfrica y América del Sur. Los equipos son apropiados para la producción de botellas entre 200

mL y 10 L, así como para la producción de botellas o contenedores de formas asimétricas.

Como materia prima, Sidel afirma que la máquina no solamente se limita al PET, sino que también puede operarse con una amplia gama de resinas, de forma tal que los productos pueden usarse para el envasado de productos carbonatados o para bebidas lácteas, aplicaciones de aseo y productos cosméticos.

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Flexibilidaden soplado

Graham Engineering Corporation (stand 2702), el fabricante estadounidense de máquinas de extrusión soplado, presenta una nueva generación de su tecnología GEC wheel, de rueda, en la próxima NPE 2012. Las innovaciones incluyen una nueva máquina de alta velocidad rotatoria, y una ampliación en el portafolio de la MINI wheel, que permite manejar volúmenes de producción pequeños y medianos.

La serie G, de alta velocidad de rotación de la rueda, incrementa la flexibilidad y la velocidad de producción. De acuerdo con el fabricante, una de las grandes mejoras en diseño es la flexibilidad, que permite cambiar menos piezas cuando se requiere añadir o reducir estaciones de moldeo. De esta forma el número de cavidades o los tamaños de molde se pueden ampliar en el tiempo. De esta forma se protege la inversión, de forma tal que si se llega a incrementar la demanda en el tiempo, de todas formas la máquina tiene el perfil de producción óptimo.

La serie MINI está dedicada a moldeadores que tengan bajas tasas de producción. Ahora hay versiones de 9, 10, 12 y 15 estaciones. Está diseñada para producir contenedores coextruidos en

sectores de alto crecimiento, tales como las leches saborizadas, las bebidas orgánicas, tés, cafés o probióticos. Contacte al proveedor: 200

Nueva tecnología para remover aire en moldes

FHW-Moulds GmbH, con sede en Bottrop, Alemania, presenta una nueva solución para extraer el aire del molde de extrusión soplado, que permite reducir el tiempo de ciclo. En el momento en que el molde se

cierra en el parison extruido, el aire que se encuentra entre el parison y el molde debe extraerse. Esta extracción normalmente se lleva a cabo con boquillas ubicadas en la división del molde, o con ayuda de vacío. Sin embargo, el problema con este tipo de solución es que la extracción de aire se lleva a cabo en forma puntual, de forma tal que en ocasiones quedan marcas en el recipiente moldeado.

Con una nueva solución de fhw-moulds se puede ejercer vacío

en toda la superficie de separación, y cuenta con un sistema de extracción de aire en las cuatro esquinas del molde. De esta forma puede reducirse el tiempo de enfriado, con lo que se amortiza el costo de este tipo de moldes en menos tiempo. Adicionalmente, gracias a que las esquinas son intercambiables, pueden modificarse los diseños del recipiente soplado, logrando mayor flexibilidad y economía.


Medición de espesor de botellas, también para multicapa

Agr International (stand 149)presenta en NPE su nueva serie “T” de medidores de espesor para envases de PET, que a través del uso de tecnología de medición infrarroja permiten escanear la pared de la botella, produciendo una representación visual de la distribución del espesor, la distribución de material y la altura de la botella.

Normalmente este tipo de mediciones se hacen cortando y pesando secciones de una botella. El nuevo método de medición en línea no es destructivo y además permite almacenar los datos en forma automática y llevar estadísticas.

Hay dos versiones disponibles; la primera es la PG9800T, para contenedores monocapa, que puede utilizarse para hacer mediciones verticales en la botella en hasta ocho sectores alrededor del contenedor, así como mediciones horizontales en múltiples ubicaciones a lo largo de la botella. La segunda versión es la PG9801T, para botellas multi-capa y preformas, que además de tener las mismas funcionalidades de la versión anterior permite identificar la presencia y/o el espesor de materiales de barrera presentes en contenedores multicapa.


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Nuevoestándar de transparencia en PP

Soplado con ahorro energético

La nueva 85S HYBRID, de Jomar,ofrece una unidad de eléctrica de accionamiento del tornillo eléctrico, en lugar de una unidad de accionamiento hidráulico. El accionamiento eléctrico, incorporado al sistema acumulador, permite la reducción del motor estándar de 75 HP a 30 HP. El consumo de energía es reducido en 36% en comparación con la máquina estándar con plastificador vertical, y en 50 % en comparación con una máquina de tornillo reciprocante.


Nuevaresina en PET de alto brillo y claridad

Indorama Ventures Public Co Ltd. ofrece una nueva resina de PET grado extrusión-soplado, que permitiría incrementar la claridad y brillo. Se trata del Polyclear EBM PET, una resina semi-cristallina de alta temperatura de fundido. En sus primeras aplicaciones, ha permitido reemplazar PVC o PET modificado con glicol, en aplicaciones de jarras de boca ancha.

Entre las ventajas se cuentan la posibilidad de reciclado y la alta calidad del producto moldeado. La resina tiene un mayor punto de fusión, cercana a 230°C, y puede usar hasta 60% de material reciclado industrial. Una de las grandes ventajas es que permitiría integrar asas al recipiente moldeado, gracias a su alta resistencia.


Moldes nuevos y usados

Molds Unlimited (stand 3787) estará presente en la edición 2012 de la NPE un nuevo surtido de maquinaria y moldes usados, para inyección y soplado, así como con moldes nuevos, de diseños innovadores, listos para despachar de forma inmediata. También exhibirá productos terminados y nuevas líneas de equipo auxiliar que dan soporte a la industria del plástico.


Borealis ofrece su nuevo Borclear RC737MO, un polipropileno para aplicaciones de extrusión soplado que se caracteriza por tener una alta transparencia. El nuevo grado ha sido especialmente desarrollado para la fabricación de botellas de bebés y de envases cosméticos, y resulta particularmente atractivo para este sector, ya que el PP no hace uso del cuestionado Bisfenol A.

De acuerdo con la empresa, este grado es apropiado para la producción de contenedores de hasta 2 L. El índice de dispersión de luz se habría mejorado

en un 25%, comparándose con los grados tradicionales de PP, fabricados a partir de catálisis metalocénica. Adicionalmente, la resistencia al rayado de la superficie se habría mejorado, con lo que se obtienen características

mejoradas en el producto final. Borealis afirma que el nuevo grado

puede trabajarse con las condiciones de producción convencionales de PP rándom, con temperaturas de barril entre 190 y 220°C. La resina contaría con una alta resistencia del fundido, que permite regular con mayor efectividad el espesor de pared, y la conformabilidad también se habría mejorado, de forma tal que la reproducibilidad y la flexibilidad del diseño son mejores.


Concepto de bloques permite soplado y llenado modular

KHS Corpoplast GmbH introdujo recientemente su tecnología de moldeo por soplado en bloques, que combina soplado, llenado y unidad de cierre, para aplicaciones de PET. Se trata del sistema InnoPet Blofill, diseñado para incrementar la eficiencia y reducir costos. De

acuerdo con Bjöern von Lengerke, director general de ventas de KHS, “Es posible soplar el envase y llenarlo inmediatamente en línea. De esta forma se reducen los costos del envase y se facilita la logística”.

El sistema conecta el soplador directamente a la unidad de llenado y de cierre, eliminando la necesidad de un transportador de aire, limpiador de botellas y otros componentes. En cambio, a través de un bloque de transferencia que hace uso de una rueda, se transfiere el envase soplado de un bloque al otro. El bloque separa el lado “seco” de soplado del lado

“húmedo” de llenado, e incluye un cierre de aire con flujo constante.

El sistema puede usarse para agua u otras bebidas no carbonatadas, y puede moldear hasta 72.000 botellas por hora. Con algunas modificaciones, el sistema puede emplearse para aplicaciones de bebidas carbonatadas y de llenado en caliente. Gracias al uso de un sistema de enfriamiento, las bases de las botellas se enfrían para prevenir la fractura por esfuerzos térmicos, un efecto común cuando se usan sistemas de bloques.

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