¿Qué es una báscula multicabezal en el envasado?

Las básculas multicabezal son básculas de alta velocidad, calidad y pesaje cuantitativo en las que un microcontrolador gestiona varias unidades de pesaje y utiliza matemáticas combinatorias para determinar y liberar el peso óptimo de un producto. A diferencia de las básculas lineales, que son cuantitativas y llenan un único cubo hasta alcanzar un peso establecido, las pesadoras multicabezal dividen el producto a granel en porciones más pequeñas, las pesan en diferentes tolvas y seleccionan un conjunto de tolvas para que coincidan con el peso objetivo de una tirada de producción.

En las instalaciones automatizadas de envasado de alimentos de una gran variedad de industrias, una pesadora multicabezal actúa como el principal centro de distribución de materiales y como el principal procesador de control de todo el flujo de productos. Es más que una máquina de pesaje; las pesadoras multicabezal controlan el flujo, la velocidad y la precisión de las líneas de producción. La máquina de envasado en sistemas verticales de formado, llenado y sellado y de enlatado de alta velocidad sólo puede funcionar tan rápido y con tanta precisión como las pesadoras multicabezal.

Es probable que las pequeñas y medianas empresas (PYMES) mundiales del sector del envasado den prioridad a las inversiones intencionadas y estratégicas, al tiempo que automatizan completamente la fabricación para conseguir una alta precisión y pasan de las operaciones manuales a las semiautomatizadas. La ventaja económica más significativa de una pesadora multicabezal es la capacidad de minimizar el "giveaway". El "giveaway" es la cantidad excesiva de producto que se incluye en un envase para cumplir la normativa nacional, en la que cada envase debe tener un peso mínimo determinado, definido legalmente. En el caso del pesaje manual, los empleados rellenan el envase con varios gramos más para evitar ser sancionados por pesar de menos. A lo largo de millones de paquetes, esto puede llegar a ser devastador. Una pesadora multicabezal reducirá este margen de sobrellenado a fracciones de gramo. Por eso es tan rentable, ya que convierte directamente en beneficios el ahorro de costes y ofrece un periodo de amortización extraordinariamente rápido para el capital invertido.

Componentes básicos de un sistema de pesaje multicabezal

Para los responsables de planta, como parte de su evaluación de la fiabilidad del equipo y de su capacidad para cumplir las normas de saneamiento, es útil tener una comprensión básica de la ingeniería estructural del dispositivo para comprender plenamente el principio de funcionamiento de la pesadora multicabezal. En una pesadora multicabezal de alta calidad, los distintos componentes individuales pueden ser un buen ejemplo de la estrecha integración de componentes físicos y electrónicos.

• Top Cono: Al ser la sección más alta de la máquina, el cono superior sirve como primer punto de contacto y recibe material a granel de un transportador inclinado aguas arriba o de un elevador de cangilones en Z. El cono superior utiliza vibración controlada continua, ajustando su amplitud, para ayudar a la dispersión radial de 360 grados hacia los alimentadores lineales. El cono superior utiliza una vibración controlada continua, ajustando su amplitud, para ayudar a la dispersión radial de 360 grados del producto a granel hacia los alimentadores lineales.
• Lineal Alimentador Sartenes: Estas bandejas de alimentación, situadas radialmente alrededor del cono superior y el embudo de alimentación, recogen el producto esparcido. Cada bandeja tiene un sistema vibratorio independiente, cuyos parámetros se controlan para crear un flujo continuo y uniforme de producto hacia las unidades de alimentación individuales. El diseño de cada una de estas bandejas se ajusta para adaptarse a las características particulares de flujo del producto que se manipula.
• Cubos de alimentación (cubos de retención): Estos cangilones están situados inmediatamente debajo de las bandejas de alimentación lineal y, como unidades de almacenamiento temporal, sirven para depositar el material. En el momento en que la tolva de pesaje por debajo de uno de sus ajustes desciende, el cubo de alimentación abre sus compuertas para volver a llenar ese cubo de pesaje. Este sistema de puesta en escena evita que el cono superior tenga que esperar a que se complete el ciclo de cada cubo, facilitando así el funcionamiento continuo.
• Pesar cubos: En esta parte del proceso de pesaje, lo más importante es la medición de la masa. En los bastidores de las máquinas se utiliza acero inoxidable 304 o 316 de calidad alimentaria de 1,5 mm a 2 mm de grosor, junto con todas las piezas que entran en contacto con los alimentos. La especificación única de estos materiales garantiza que no se produzcan microfisuras durante años de vibraciones continuas de alta frecuencia. Además, los materiales utilizados son seguros y tienen la máxima resistencia a la corrosión causada por el contacto con ácidos o sales.
• Células de carga: La tecnología de célula de carga proporciona los sensores más importantes de esta máquina. Cada uno de los cubos de pesaje tiene una célula de carga de galgas extensométricas que mide la fuerza descendente ejercida por el artículo y la traduce en una medida de peso. Los sensores son capaces de detectar cambios de peso en 1 milisegundo y pueden medir artículos con una precisión de 0,1 g a 1,5 g, en función del volumen o el peso de las piezas individuales.
• Motores paso a paso: Cada compuerta de cangilones se abre y se cierra con un control específico del ángulo, la velocidad y la fuerza de cierre mediante motores paso a paso. En comparación con la otra opción de utilizar cilindros neumáticos, los motores paso a paso permiten un mejor control, ya que son capaces de controlar y ajustar la posición de la compuerta de cangilones para evitar el aplastamiento del producto.

Báscula multicabezal Principio de funcionamiento paso a paso

Para dominar realmente el envasado, hay que comprender el principio de funcionamiento de la pesadora multicabezal en acción.

Paso 1: Alimentación y distribución del material

El proceso comienza con un elevador en Z que libera las materias primas sobre el cono superior. Un sensor fotoeléctrico situado encima del cono superior determina el grosor del lecho de producto. Si el espesor es demasiado fino, el sensor ordenará al elevador que dispense más producto, optimizando la velocidad de alimentación. Si el espesor es excesivo, el sensor ordenará al elevador que se detenga. Este bucle de retroalimentación evita daños estructurales y una presión constante del material. Con la ayuda de vibraciones, el cono superior distribuye el producto a las bandejas del alimentador lineal. Estas bandejas, mediante el uso de frecuencias de vibración específicas, distribuyen y separan uniformemente el producto, creando un flujo constante. Las vibraciones de las bandejas hacen que el material se desprenda del borde, permitiendo que caiga a través de un embudo o que caiga directamente en la zona de preparación de las cucharas de alimentación.

Paso 2: Pesaje independiente en tolvas

Cuando los cubos de alimentación contienen el material escalonado, sus compuertas inferiores se abren al mismo tiempo, liberando el producto en los módulos de la tolva de pesaje situados justo debajo. Aquí es donde realmente se mide el producto. Cada tolva de pesaje tiene células de carga de alta precisión que miden instantáneamente el valor del material en las tolvas. Los sensores pasan por un proceso llamado estabilización en una fracción de segundo. El proceso filtra cualquier ruido de vibración mecánica circundante procedente del suelo de la fábrica mediante un mecanismo denominado filtro digital de paso bajo. A continuación, los sensores envían el valor de masa a la placa base de la MCU central. Ejemplo: el sistema detecta que la tolva A tiene 25 g, la tolva B tiene 32 g, la tolva C tiene 18 g, etc., en todo el recuento. Los sistemas más sofisticados disponen de una función de parada automática. Si los sensores detectan que hay demasiadas tolvas vacías, el sistema detendrá el ciclo de pesaje para permitir que el flujo se estabilice y evitar así mezclas parciales.

Paso 3: La magia del algoritmo de combinación

La verdadera magia del principio de funcionamiento de la pesadora multicabezal procede de la potencia de sus algoritmos de pesaje combinados por ordenador. Supongamos que la línea de producción tiene un objetivo de peso de envase de 100 g. La CPU central envía los pesos de todas las tolvas al controlador del cabezal, y el microordenador no intenta llenar una sola tolva hasta los 100 g exactos. En su lugar, el microordenador calcula instantáneamente todas las combinaciones matemáticas posibles de las tolvas.

Para una pesadora típica de 14 cabezales, en menos de una décima de segundo, el microcontrolador evalúa miles de combinaciones de peso. El microcontrolador trata de identificar la combinación que produce 100 g, o el peso más cercano posible por encima de 100 g (por ejemplo, 100,2 g), al tiempo que evita y rechaza estrictamente cualquier combinación que se sitúe por debajo del peso objetivo para cumplir las leyes de protección del consumidor. Cuando el sistema calcula que la tolva A (25 g) + la tolva D (31 g) + la tolva G (44 g) pesan 100 g, el microcontrolador tiene una solución matemática perfecta. El microcontrolador envía una señal de control a los motores paso a paso de las tolvas A, D y G, y las persianas se abren. Los 100g de material se someten a una descarga limpia a través del conducto de descarga central hasta la lata de conserva, los envases más grandes, el tubo de papel compuesto o la bolsa prefabricada que esperan listos para su uso con una envasadora rotativa.

Tipos de pesadoras multicabezal para distintos materiales

Dado que las fábricas procesan una amplia gama de productos, las básculas combinadas ofrecen una inmensa versatilidad.

Modelos de alta velocidad para gránulos y aperitivos secos

Diseñados para ofrecer precisión y velocidad, estos modelos destacan en entornos de gran volumen y alta precisión en la manipulación de gránulos. Los productos incluyen frutos secos, comida seca para mascotas, aperitivos extruidos, cereales, café y arroz. Las superficies de contacto de las bandejas y tolvas lineales están fabricadas con superficies microdentadas estándar o con acero inoxidable liso estándar, en función del coeficiente de fricción del producto. La superficie con hoyuelos reduce el área de contacto y, por tanto, garantiza que los gránulos aceitosos o húmedos no se peguen. El diseño general garantiza un flujo rápido del producto y una estabilización instantánea de las células de carga. Este tipo de pesadora de cabezal está diseñado para adaptarse a la velocidad de cerradoras de latas de alta velocidad o ensacadoras VFFS para garantizar que el equipo posterior se utiliza plenamente y funciona con un rendimiento óptimo.

Modelos de baja caída para aperitivos frágiles

Los productos envasados, como frutas liofilizadas, galletas horneadas y patatas fritas, pueden perder su integridad y romperse fácilmente al envasarse. Las caídas por gravedad habituales hacen que el producto se rompa al tocar las paredes metálicas de la tolva de envasado, lo que provoca roturas inaceptables y polvo en la zona de envasado. Las pesadoras multicabezal de baja caída alimentan el producto de un modo que reduce la energía cinética del producto. En esencia, el diseño de ingeniería altera la geometría interna de la máquina. Los ángulos de deslizamiento de los conductos de descarga se hacen mucho menos profundos, y la distancia vertical se comprime al máximo del cono superior, los cangilones de alimentación y los cangilones de pesaje. De este modo, el diseño de la máquina ayuda a que el producto se deslice y no caiga libremente. Este diseño tiene por objeto proteger el producto a lo largo de las distintas etapas, desde la alimentación a granel hasta el envasado.

Alimentadores de tornillo para alimentos pegajosos

La mayoría de las pesadoras multicabezal por vibración estándar fallan al manipular productos pegajosos o productos húmedos, frescos, viscosos o muy marinados. Los productos aplicables en esta categoría son trozos de comida húmeda para mascotas, comidas preparadas, carne fresca cortada en dados y frutas en conserva pegajosas. Estos productos se pegan a las bandejas de acero inoxidable, y la vibración sólo consigue que se compriman y se queden pegados en la bandeja en lugar de avanzar. Para resolver este problema de dinámica de fluidos, se integran sistemas de tornillo para sustituir la alimentación lineal por vibración. En su lugar, se instalan tornillos sinfín motorizados en los comederos. Estos tornillos empujan y sacan activamente el producto pegajoso, garantizando que las cubetas de alimentación se llenen por completo y que la cantidad de producto suministrada sea la misma, independientemente de lo húmedo o pegajoso que esté el producto.

Cómo elegir: 10 vs 14 vs 24 cabezas

A la hora de elegir la configuración adecuada de las básculas combinadas, es importante ajustar los parámetros técnicos de la máquina a la producción prevista de la fábrica, el presupuesto disponible y los tipos específicos de material que se van a manipular.

Cuando hablamos de instalaciones de producción para PYMES, la inversión de capital más lógica es la pesadora multicabezal de 14 cabezales. Las pesadoras de 14 cabezales son modelos industriales estándar diseñados para pesar con gran precisión. Pesan en un único rango que va de 10 g a 3.000 g, con una variación en el rango de precisión de pesaje de sólo 0,1 g a 2 g. Dependiendo del peso por pieza del producto, las pesadoras multicabezal de 14 cabezales tienen capacidades de tolva de 1,6L o 2,5L, y admiten un llenado continuo de hasta 60 a 120 paquetes por minuto. La pesadora multicabezal de 14 cabezales está equipada con servos activos y un sistema de control inteligente MCU con un panel táctil de 7 pulgadas. La pesadora multicabezal de 14 cabezales está diseñada para cambiar rápidamente las líneas de producción. El sistema permite la producción de múltiples productos sin cambios manuales. Las líneas de producción pueden cambiarse de 50 g de café a 500 g de arroz en cuestión de segundos.

Guía de resolución de problemas comunes para ingenieros

Incluso los equipos de alto nivel con sistemas MCU experimentan problemas comunes. La resolución de problemas, el mantenimiento y los protocolos operativos son clave para la mejora y la experiencia del usuario.

• Pesaje inexacto: No retire todavía los sensores de pesaje. Utilice la función de calibración a cero del software desde la pantalla táctil de la MCU para pulsar la calibración a cero para comenzar.
  • Compruebe el suelo de la fábrica. Las células de carga son muy sensibles y pueden verse afectadas por la presión del aire. Asegúrese de que no haya fuertes corrientes de aire procedentes de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado o grandes ventiladores industriales que soplen sobre los cubos de pesaje.
  • Tenga en cuenta las vibraciones físicas. Asegúrese de que la pesadora multicabezal esté colocada sobre su propia estructura de soporte que no esté conectada a la envasadora o cerradora posterior para que pueda estar lo más libre posible de grandes vibraciones.
• Polvo de la célula de carga y errores del sensor: En lugares donde se trabaja con productos farmacéuticos, materiales pulverulentos o polvorientos, las partículas finas de polvo se van a quedar atascadas en los pequeños huecos alrededor de la célula de carga y harán que los sensores se atasquen y muestren mensajes de error.
  • La limpieza es muy importante. Si el equipo no recibe una clasificación de impermeabilidad IP de alto nivel que esté por encima de los niveles de lavado, los equipos de saneamiento no pueden utilizar el lavado a alta presión en ninguna parte del equipo.
  • Los ingenieros tienen que utilizar aire comprimido seco y cepillos antiestáticos para eliminar el polvo de los huecos de los sensores.
• Bloqueo de material en tolvas: Si el producto no se descarga completamente cuando se abren las compuertas de la cuchara, acceda primero al panel MCU y verifique los parámetros del motor paso a paso. Asegúrese de que el ángulo de apertura programado y el tiempo de permanencia de la puerta abierta son suficientes para el volumen y el caudal del producto.
  • Si la configuración mecánica es correcta, pero el material (gominolas o aperitivos muy salados) se pega al acero, el acero inoxidable 304 estándar no servirá. La solución técnica consiste en sustituir las tolvas estándar por tolvas recubiertas de teflón (PTFE) o con un diseño especial con hoyuelos que reducen la fricción superficial y la adherencia.

Resumen y próximos pasos

El primer paso para encontrar una pesadora multicabezal adecuada es conocer sus requisitos específicos de manipulación de materiales y sus limitaciones de espacio. Una pesadora solo alcanza su máxima eficiencia cuando está perfectamente integrada en un ecosistema más amplio de alto rendimiento.

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