Para el consumidor común, una lata no es más que un recipiente para conservar alimentos. Es un producto del que se deshacen sin pensar, contribuyendo a menudo a los residuos sólidos urbanos. Pero para los ingenieros de envasado, los jefes de planta y los responsables de compras, la respuesta a la pregunta "¿de qué están hechas las latas? Es una especificación muy importante que determina toda la arquitectura de una línea de producción.

Las propiedades mecánicas de una lata, su respuesta al estrés térmico y su compatibilidad con los equipos de llenado y sellado dependen de la composición del material de la lata. Una línea de producción calibrada para aceptar acero estañado se descontrolará cuando se cambie a latas de aluminio sin ninguna modificación. Del mismo modo, la transición de las costuras soldadas a los cuerpos sin soldadura exige un rediseño radical de los procedimientos de manipulación y esterilización posteriores.

Esta guía va más allá de las definiciones superficiales. Vamos a estudiar la metalurgia del enlatado moderno, pero más concretamente, vamos a estudiar cómo responden estas latas metálicas a las tensiones físicas del envasado industrial.

La realidad moderna: ¿De qué están hechas las latas?

La denominación errónea de lata es un error histórico que existe desde principios del siglo XIX. Cuando se examina una lata en el mundo moderno, se descubre que tiene muy poco estaño. En la mayoría de los casos, el peso del estaño es inferior al 1% del peso total del envase. Se trata sólo de un revestimiento o capa microfina de estaño para inhibir la oxidación.

En la industria moderna del envasado clasificamos los envases metálicos en tres sustratos materiales. El primer paso para elegir la maquinaria adecuada para su línea es comprender la diferencia entre estos tres.

• TPS (acero estañado)

Es el criterio convencional de los alimentos procesados. Está fabricado con una lámina de acero recubierta por ambas caras con una fina capa de estaño. El acero aporta resistencia a la tracción e integridad estructural para soportar la forma de la lata. El estaño ofrece resistencia a la corrosión y, lo que es más importante, lubricidad.

En términos de fabricación, el TPS sigue siendo el líder por su soldabilidad. La capa de estaño permite la soldadura por resistencia eléctrica a alta velocidad, lo que permite fabricar latas de 3 piezas en poco tiempo.

• TFS (acero sin estaño) / ECCS (acero recubierto de cromo electrolítico)

El TFS se creó como sustituto económico de la hojalata. El sustrato de acero se recubre con una capa microscópica de cromo y óxido de cromo en lugar de estaño.

Aunque el TFS tiene una gran adherencia de pintura y resistencia a la corrosión, no es tan lubricante como el estaño. Además, el TFS no puede soldarse de forma convencional. La capa de cromo sirve de aislante. Por lo tanto, cuando su línea de producción utilice latas de TFS, el proceso de fabricación de latas debe basarse en la unión (con adhesivos de nailon) o en tecnologías especiales de soldadura láser. No puede sustituir sin más el TPS por el TFS sin comprobar la compatibilidad de su equipo de cierre lateral.

• Aleaciones de aluminio

El aluminio no suele utilizarse en alimentos procesados que necesitan cocinarse a alta temperatura, pero es el estándar de la industria en latas de bebidas. Estas latas no son de aluminio puro -extraído del mineral de bauxita- sino de aleaciones, normalmente de la serie 3000 (manganeso) en el cuerpo y de la serie 5000 (magnesio) en la tapa. Estos elementos de aleación hacen que el metal sea más duro y resistente, y que pueda moldearse en formas metálicas muy finas sin desgarrarse.

Para el responsable de la instalación, la distinción del material es binaria: Acero (magnético) y Aluminio (no magnético). Se trata de una característica física básica que determina el diseño de todos los transportadores, lavadoras y ascensores de sus instalaciones.

Diseño estructural: construcción de 3 piezas frente a 2 piezas

El diseño estructural del contenedor es consecuencia directa de la elección del material. La industria separa las estructuras de los bidones en dos grandes categorías: 3 piezas y 2 piezas. No se trata de una mera diferencia estética, sino de una diferencia que determina los límites mecánicos del envase.

Latas de acero de 3 piezas: Costuras soldadas para altas temperaturas

La lata de tres piezas es el caballo de batalla de la industria conservera. Como su nombre indica, consta de tres partes distintas: un cuerpo rectangular, un extremo superior (tapa) y un extremo inferior.

El proceso de fabricación consiste en enrollar la pieza plana de acero en forma de cilindro. A continuación, se pegan los bordes. Tradicionalmente se utilizaba soldadura de plomo, pero se ha dejado de usar por la normativa sanitaria. En las líneas modernas, la soldadura por resistencia eléctrica se aplica para formar una costura lateral que es, de hecho, más fuerte que el resto del metal.

La rigidez es la principal ventaja de la estructura de acero de 3 piezas. La combinación del sustrato de acero, la costura soldada y los cordones de refuerzo (rebordes) laminados en el cuerpo de la lata forma una estructura que puede soportar diferenciales de presión extremos.

Los procesos de retorta (esterilización) no pueden comprometer esta rigidez. Una lata de atún o sopa sellada se coloca en una cámara de retorta donde se expone a temperaturas superiores a 121 °C (250 °F). La lata se esteriliza y luego se enfría rápidamente. Este proceso de enfriamiento deja un vacío en la lata. Un envase flexible se colapsaría debido a esta presión negativa. La lata de acero de 3 piezas no pierde su forma y conserva el cierre hermético. Así pues, cuando su producto deba sellarse al vacío o esterilizarse a altas temperaturas, la estructura de acero de 3 piezas es probablemente la única opción disponible.

Latas de aluminio de 2 piezas: Cuerpos sin costuras para la carbonatación

El mercado de las bebidas puede estar dominado por las latas de aluminio de 2 piezas. Se compone de un vaso de metal, que forma el cuerpo y el fondo, y después se añade una tapa.

Este edificio se construye mediante un proceso conocido como Drawing and Wall Ironing (DWI). Se perfora una copa con una bobina metálica y luego se estira y plancha hasta formar un cilindro alto y delgado. No hay costura lateral ni costura inferior, lo que reduce al mínimo las posibilidades de fugas.

Aunque la estructura de 2 piezas es elegante, sus propiedades mecánicas son totalmente diferentes a las de la lata de 3 piezas. Las paredes de las latas de aluminio son extremadamente finas: suelen tener menos de 0,1 mm.

Este edificio es una estructura de presión interna. La presión del gas hace que las finas paredes se vuelvan rígidas y duras (como un neumático inflado) cuando se llenan de bebidas carbonatadas. Es la configuración por defecto de refrescos y cervezas. Sin embargo, el punto débil es evidente: la lata es estructuralmente débil sin presión interna. Incluso las latas vacías son propensas a dañarse. Es incapaz de resistir la presión adversa del envasado al vacío o el enfriamiento por retorta y se colapsa. Cuando vaya a utilizar latas de aluminio de 2 piezas para servir bebidas sin gas (como té o zumo), necesitará sistemas de soporte auxiliares para garantizar la integridad estructural de su línea de producción.

Revestimientos interiores: Revestimientos poliméricos y seguridad alimentaria

Hemos hablado del sustrato metálico; sin embargo, en el 90% de los usos, el producto alimentario no entra realmente en contacto con el metal. Cuando el acero entra en contacto con alimentos ácidos, se corroe. Cuando entra en contacto con aluminio, puede cambiar el perfil de sabor.

Para solucionar este problema, las latas contemporáneas se basan en acabados orgánicos internos. Se trata de revestimientos poliméricos que se pulverizan en el cuerpo de la lata y se secan en el proceso de fabricación.

Durante décadas, el revestimiento epoxi-fenólico ha sido el estándar del sector por su durabilidad y resistencia química. Sin embargo, la presión normativa y la demanda de los consumidores están creando una enorme transición hacia el revestimiento BPA-Non-Intent (BPANI), que evita el BPA (Bisfenol A), incluyendo revestimientos de poliéster o de base acrílica.

Este cambio químico ha supuesto un reto físico para la línea de envasado. Los revestimientos BPANI suelen ser menos adhesivos o quebradizos que sus predecesores epoxídicos. Tienden a microfisurarse cuando se exponen a tensiones mecánicas.

Esto hace que la precisión de sus boquillas de llenado sea muy importante. La boquilla de llenado se introduce en la lata para pulverizar el producto en una línea de alta velocidad. Cuando la boquilla raspa el lateral de la lata debido a la vibración de la máquina, daña el revestimiento interno. Un arañazo que no se aprecia a simple vista deja al descubierto el metal desnudo del producto. Esto provoca óxido, hinchazón o deterioro durante semanas de almacenamiento. Así pues, la conversión a latas sin BPA puede requerir una recalibración del centrado y la estabilidad del cabezal de llenado para lograr un funcionamiento sin contacto.

Resistencia mecánica: Por qué el acero domina la conservación de alimentos

La resistencia es un término impreciso cuando se trata de elegir los materiales de envasado. Rigidez y Resistencia al vacío son los dos términos a los que nos referimos en el contexto del enlatado.

¿Por qué el acero es el material más común en los alimentos en conserva como verduras, carnes y alimentos listos para el consumo? No es mera costumbre, es física.

Para mantener la alimentación poco ácida, es necesario eliminar el oxígeno para evitar la oxidación y el crecimiento bacteriano aeróbico. Esto se consigue mediante Sellado al vacío. Durante este proceso, se elimina el aire del espacio de cabeza de la lata justo antes de sellar la tapa. Alternativamente, durante los procesos de llenado en caliente, el producto se llena en caliente y, al enfriarse, el gas del espacio de cabeza se contrae, dejando un vacío.

Este vacío provoca una fuerte fuerza hacia el interior de las paredes del bote. La atmósfera realiza un esfuerzo constante para aplastar el recipiente.

El módulo de Young (rigidez) del acero es elevado. Es capaz de soportar esta fuerza de aplastamiento hacia el interior sin deformarse. Esto permite a los fabricantes realizar ciclos de vacío enérgicos para conseguir la máxima vida útil. Si un fabricante intentara utilizar el mismo proceso con una lata de aluminio normal, el envase se hundiría (cedería) y destruiría la estética y, posiblemente, el cierre.

Además, la dinámica de la presión es violenta durante el proceso de retorta. La lata se calienta, lo que provoca una expansión interna, y luego se enfría, lo que provoca una rápida contracción. La rigidez del acero sirve de amortiguador a estas variaciones de presión. Permite al procesador concentrarse en los parámetros de seguridad alimentaria (tiempo y temperatura) sin preocuparse en todo momento por el fallo de los envases. En productos de alto valor, como los preparados para lactantes o las carnes de alta calidad, el único material que ofrece el margen de seguridad necesario es el acero.

Maleabilidad: cómo el aluminio permite fabricar bebidas ligeras

Si el acero es tan resistente, ¿por qué toda la industria de bebidas se ha pasado al aluminio? La respuesta está en la maleabilidad y la logística.

El aluminio es mucho más blando y dúctil que el acero. Esta plasticidad le permite introducirse en paredes muy finas sin romperse. Una lata de bebida contemporánea de aluminio es una maravilla de la ingeniería ligera: está hecha del menor material posible para contener el líquido. Esto se traduce en un enorme ahorro en gastos de transporte y uso de materias primas.

Sin embargo, esta flexibilidad plantea un problema en la cadena de producción. Una lata de aluminio es tan tierna que puede aplastarse con un moderado apretón de la mano, convirtiendo potencialmente un producto valioso en chatarra. Sin embargo, estas latas se embalan en palés que tienen que soportar miles de kilos de peso cuando se apilan y transportan.

¿Cómo resolver esta paradoja? Utilizando Dosificación de nitrógeno líquido.

Dado que el material no es lo bastante rígido como para aguantar el peso por sí solo (sobre todo en el caso de las bebidas sin gas), la línea de envasado tiene que aportar integridad estructural artificialmente. Se añade una gota muy fina de nitrógeno líquido a la bebida justo antes de sellarla. El nitrógeno se evapora inmediatamente, aumentando su volumen 700 veces.

Este crecimiento tensa la lata internamente. Transforma la cubierta de aluminio flexible y maleable en un cilindro duro y presurizado. Esta presión interna supera la deficiencia de resistencia del material.

Para el comprador de equipos, esto establece una pauta muy simple: Cuando se trabaja con latas de aluminio de agua, zumo o café, un Dosificador de Nitrógeno no es un accesorio; es una parte esencial de su sistema de integridad estructural. Sus llamadas latas maleables caerán bajo su propio peso de distribución sin él.

Resistencia a la corrosión: El papel de las capas de estaño y cromo

Tenemos que dar la vuelta al estaño de la lata. Entonces, ¿por qué seguimos utilizando el estañado o el cromado cuando disponemos de un revestimiento interno de polímero?

La solución es la redundancia y la protección electroquímica.

Los revestimientos internos pueden fallar. Pueden contener microscópicos agujeros de alfiler o dañarse durante el proceso de sellado. Sin una barrera metálica, la naturaleza ácida de los alimentos (como la pasta de tomate o el zumo de piña) atacaría instantáneamente la base de acero. Se formaría óxido (óxido de hierro) que contaminaría los alimentos y podría provocar el hinchamiento y reventón de la lata.

El estaño actúa como barrera. En determinadas condiciones de acidez, el estaño sacrifica al acero. Es decir, se corroe gradualmente en defensa del acero que hay debajo. El cromo (en TFS) ofrece una barrera de óxido pasiva que es químicamente inerte.

Estas capas protectoras son muy finas. De hecho, a veces están en micras. Esto supone un gran esfuerzo para el equipo de llenado y sellado.

Si un boquilla de llenado Si el producto gotea sobre el reborde (el labio) de la lata, puede quedar comida atrapada en el cierre. Cuando el mandril de cierre (la herramienta que sujeta la tapa) es demasiado agresivo, puede agrietar el chapado del borde de la lata. Cuando se rompe ese revestimiento, se pierde la "resistencia a la corrosión".

Esto es especialmente importante en las líneas de envasado de alta acidez. El equipo empleado debe ser muy delicado con las latas. Las piezas de contacto deben ser de material no abrasivo o de acero inoxidable endurecido con acabados pulidos para evitar microabrasiones en el chapado protector de la lata. Una máquina que funcione mal puede no provocar un fallo inmediato, pero sí un aumento del número de fugas y deterioro semanas después de que el producto haya salido de la fábrica.

Conclusión: Adaptar la producción a las especificaciones materiales

La pregunta de qué material están hechas las latas es, en efecto, una cuestión de física. Puede que se trate de la dureza del acero TPS, la fragilidad del aluminio o las necesidades especiales de pegado del TFS, pero cada material dicta una serie de normas a su línea de producción. Si no se siguen estas pautas, se destruyen latas, se dañan cierres y se desperdicia producto.

Para tener éxito en el envasado es necesario adaptar las capacidades de sus equipos a las especificaciones de sus materiales. Aquí es donde Levapack se distingue. Con más de 18 años de experiencia en ingeniería y presencia en más de 100 países, no nos limitamos a vender máquinas, sino que ofrecemos soluciones a medida para la manipulación precisa de materiales. Tanto si necesita una cerradora al vacío para latas de acero rígido, una línea de dosificación de nitrógeno para aluminio ligero o una llenadora de alta precisión para polvos y gránulos sensibles, nuestras instalaciones de 4.000 m² y nuestro experto equipo de montaje le ofrecen equipos que respetan la metalurgia de su envase. Garantizamos que su línea funcione con la precisión que exigen sus materiales.