Para o consumidor comum, uma lata de conserva é apenas um recipiente para conservar alimentos. É uma mercadoria que se deita fora sem pensar, contribuindo frequentemente para os resíduos sólidos urbanos. Mas para os engenheiros de embalagem, gestores de fábricas e responsáveis de compras, a resposta à pergunta "de que são feitas as latas" não é uma questão trivial. Trata-se de uma especificação muito importante que determina toda a arquitetura de uma linha de produção.

As propriedades mecânicas de uma lata, a sua resposta ao stress térmico e a sua compatibilidade com o equipamento de enchimento e selagem dependem da composição do material da lata. Uma linha de produção calibrada para aceitar aço estanhado ficará fora de controlo quando for alterada para latas de alumínio sem qualquer modificação. Da mesma forma, a transição de costuras soldadas para corpos sem costuras necessita de uma reformulação radical dos procedimentos de manuseamento e esterilização a jusante.

Este guia vai para além das definições superficiais. Vamos estudar a metalurgia do enlatamento moderno, mas mais concretamente, vamos estudar a forma como estas latas de metal respondem às tensões físicas da embalagem industrial.

Realidade moderna: De que são realmente feitas as latas de conserva?

A designação incorrecta de lata é uma designação histórica incorrecta que existe desde o início do século XIX. Quando se examina uma lata no mundo moderno, descobre-se que tem muito pouco estanho. Na maioria dos casos, o peso do estanho é inferior a 1 por cento do peso total do recipiente. Trata-se apenas de um revestimento micro-fino ou de uma camada de estanho para inibir a ferrugem.

Na indústria moderna de embalagens, classificamos os recipientes metálicos em três substratos materiais. O primeiro passo para escolher a maquinaria correta para a sua linha é compreender a diferença entre estes três.

• TPS (aço estanhado)

Este é o critério convencional dos alimentos transformados. É feita de uma folha de aço, que foi revestida em ambos os lados com uma fina camada de estanho. O aço confere resistência à tração e integridade estrutural para suportar a forma da lata. O estanho oferece resistência à corrosão e, acima de tudo, lubricidade.

Em termos de fabrico, o TPS continua a ser o principal devido à sua capacidade de soldadura e soldabilidade. A camada de estanho permite a soldadura por resistência eléctrica a alta velocidade, o que permite o fabrico de latas de 3 peças num curto espaço de tempo.

• TFS (aço sem estanho) / ECCS (aço revestido a crómio eletrolítico)

O TFS foi criado como um substituto económico da folha de Flandres. O substrato de aço é coberto com uma camada microscópica de crómio e óxido de crómio em vez de estanho.

Embora o TFS tenha uma óptima aderência da tinta e resistência à corrosão, não é tão lubrificante como o estanho. Mais concretamente, o responsável pelo equipamento, o TFS, não pode ser soldado ou soldado convencionalmente. A camada de crómio serve de isolante. Por conseguinte, quando a sua linha de produção utiliza latas TFS, o processo de fabrico de latas deve basear-se na colagem (com adesivos de nylon) ou em tecnologias especiais de soldadura a laser. Não se pode simplesmente substituir o TPS pelo TFS sem verificar a compatibilidade do seu equipamento de costura lateral.

• Ligas de alumínio

O alumínio não é normalmente utilizado em alimentos processados que precisam de ser cozinhados a altas temperaturas, mas é o padrão na indústria de latas de bebidas. Estas latas não são de alumínio puro - extraído do minério de bauxite - mas de ligas, normalmente da série 3000 (manganês) no corpo e da série 5000 (magnésio) na tampa. Estes elementos de liga tornam o metal mais duro e mais forte e podem ser desenhados em formas metálicas muito finas sem se rasgarem.

Para o gestor da instalação, a distinção do material é binária: Aço (magnético) e Alumínio (não magnético). Esta é uma caraterística física básica que determina a conceção de todos os transportadores, lavadores e elevadores das suas instalações.

Conceção estrutural: Construção de 3 peças vs. 2 peças

A conceção estrutural do contentor é um resultado direto da escolha do material. A indústria separa as estruturas de latas em duas categorias principais: 3 peças e 2 peças. Não se trata apenas de uma diferença estética, mas de uma diferença que determina os limites mecânicos da embalagem.

Latas de aço de 3 peças: Costuras soldadas para calor elevado

O cavalo de batalha da indústria de alimentos enlatados é a lata de 3 peças. Tal como o nome sugere, é composta por três partes distintas: um corpo retangular, uma extremidade superior (tampa) e uma extremidade inferior.

O processo de fabrico consiste em enrolar a chapa de aço plana num cilindro. Os bordos são depois colados. Tradicionalmente, esta operação era efectuada com solda de chumbo, mas a sua utilização foi progressivamente abandonada devido às normas sanitárias. Nas linhas modernas, a soldadura por resistência eléctrica é aplicada para formar uma costura lateral que é, de facto, mais forte do que o resto do metal.

A rigidez é a principal vantagem da estrutura de aço de 3 peças. A combinação do substrato de aço, da costura soldada e dos cordões de reforço (cumes) enrolados no corpo da lata forma uma estrutura que pode suportar diferenciais de pressão extremos.

Os processos de retorta (esterilização) não podem comprometer esta rigidez. Uma lata de atum ou de sopa selada é colocada numa câmara de retorta onde é exposta a temperaturas superiores a 121 °C (250 °F). A lata é esterilizada e depois arrefecida rapidamente. Este processo de arrefecimento deixa um vácuo na lata. Um recipiente que seja flexível colapsaria devido a esta pressão negativa. A lata de aço de 3 peças não perde a sua forma e preserva o selo hermético. Assim, quando o seu produto precisa de ser selado a vácuo ou esterilizado a altas temperaturas, a estrutura de aço de 3 peças é provavelmente a única opção disponível.

Latas de alumínio de 2 peças: Corpos sem costura para carbonatação

O mercado das bebidas pode ser dominado pelas latas de alumínio de 2 peças. É feita de um copo de metal, que constitui o corpo e o fundo, sendo depois adicionada uma tampa.

Este edifício é construído através de um processo conhecido como "Drawing and Wall Ironing" (DWI). Um copo é perfurado com uma bobina de metal e depois esticado e passado a ferro até formar um cilindro alto e fino. Não existe costura lateral nem costura inferior, o que significa que as hipóteses de fugas são minimizadas.

Embora a estrutura de 2 peças seja elegante, as suas propriedades mecânicas são totalmente diferentes das da lata de 3 peças. As paredes das latas de alumínio são extremamente finas - normalmente têm menos de 0,1 mm.

Este edifício é uma estrutura de pressão interna. A pressão do gás faz com que as paredes finas se tornem rígidas e duras (como um pneu cheio) quando são enchidas com bebidas gaseificadas. É a configuração padrão de refrigerantes e cervejas. A fraqueza é, no entanto, evidente: a lata é estruturalmente fraca sem pressão interna. Mesmo as latas vazias estão sujeitas a danos. Não é capaz de resistir à pressão adversa da embalagem a vácuo ou do arrefecimento por retorta e desmorona-se. Se utilizar latas de alumínio de 2 peças para servir bebidas não carbonatadas (como chá ou sumo), necessitará de sistemas de suporte auxiliares para garantir a integridade estrutural da sua linha de produção.

Revestimentos internos: Revestimentos de polímeros e segurança alimentar

Já falámos sobre o substrato metálico; no entanto, em 90% das utilizações, o produto alimentar não entra realmente em contacto com o metal. Quando o aço está em contacto com alimentos ácidos, corrói-se. Quando entra em contacto com o alumínio, pode alterar o perfil de sabor.

Para resolver este problema, as latas contemporâneas baseiam-se em acabamentos orgânicos internos. Trata-se de revestimentos de polímeros que são pulverizados no corpo da lata e secos durante o processo de fabrico.

Durante décadas, o revestimento epóxi-fenólico foi o padrão na indústria devido à sua durabilidade e resistência química. No entanto, a pressão regulamentar e a procura dos consumidores estão a criar uma enorme transição para o revestimento sem BPA (BPANI), evitando o BPA (Bisfenol A), incluindo revestimentos à base de poliéster ou acrílico.

A linha de embalagem foi fisicamente afetada por esta mudança química. O revestimento BPANI é normalmente menos adesivo ou frágil em comparação com os seus antecessores epoxídicos. Têm tendência a microfissurar quando são expostos a tensões mecânicas.

Isto torna a precisão dos seus Bicos de Enchimento muito importante. O bocal de enchimento é inserido na lata para pulverizar o produto numa linha de alta velocidade. Quando o bico raspa o lado da lata devido à vibração da máquina, danifica o revestimento interno. Um risco que não pode ser visto a olho nu expõe o metal nu do produto. Isto provoca ferrugem, inchaço ou deterioração ao longo de semanas de armazenamento. Assim, a conversão para latas sem BPA pode exigir uma recalibração da centralização e estabilidade da cabeça de enchimento para conseguir uma operação sem contacto.

Resistência mecânica: Porque é que o aço domina a conservação de alimentos

A resistência é um termo impreciso quando se trata de escolher os materiais de embalagem. Rigidez e resistência ao vácuo são os dois termos a que nos estamos a referir no contexto do enlatamento.

Porque é que o aço é o material mais comum nos alimentos conservados, como os legumes, as carnes e os alimentos prontos a consumir? Não é apenas uma questão de costume, é uma questão de física.

Para manter o alimento pouco ácido, é necessário eliminar o oxigénio para evitar a oxidação e o crescimento de bactérias aeróbias. Isto é conseguido através de Selagem a vácuo. Durante este processo, o ar é removido do espaço livre da lata imediatamente antes de a tampa ser selada. Alternativamente, durante os processos de enchimento a quente, o produto é enchido a quente e, à medida que arrefece, o gás do espaço livre contrai-se, deixando um vácuo.

Este vácuo provoca uma forte força interior nas paredes da lata. A atmosfera está num esforço constante para esmagar o recipiente.

O módulo de Youngs (rigidez) do aço é elevado. É capaz de suportar esta força de esmagamento para dentro sem deformação. Isto permite que os fabricantes efectuem ciclos de vácuo vigorosos para obterem o máximo tempo de conservação. Se um fabricante tentasse utilizar o mesmo processo com uma lata de alumínio normal, o recipiente entraria em colapso e destruiria a estética e, possivelmente, o selo.

Além disso, a dinâmica da pressão é violenta durante o processo de retorta. A lata é aquecida, o que leva a uma expansão interna, e depois arrefecida, o que leva a uma rápida contração. A rigidez do aço funciona como um amortecedor para estas variações de pressão. Permite que o processador se concentre nos parâmetros de segurança alimentar (tempo e temperatura) sem se preocupar com a falha dos recipientes a todo o momento. Em produtos de elevado valor, como fórmulas para bebés ou carnes de alta qualidade, o único material que proporciona a margem de segurança necessária é o aço.

Maleabilidade: como o alumínio permite bebidas leves

Se o aço é tão forte, porque é que toda a indústria das bebidas mudou para o alumínio? A resposta está na maleabilidade e na logística.

O alumínio é muito mais macio e dúctil do que o aço. Esta plasticidade permite-lhe ser puxado para dentro de paredes muito finas sem se partir. Uma lata de alumínio contemporânea para bebidas é uma maravilha da engenharia leve - é feita com o mínimo de material possível para conter o líquido. Isto traduz-se em enormes poupanças nas despesas de transporte e na utilização de matérias-primas.

No entanto, esta flexibilidade coloca um problema na linha de produção. Uma lata de alumínio é tão macia que pode ser esmagada com um aperto moderado da mão, transformando potencialmente um produto valioso em sucata. No entanto, estas latas são embaladas em paletes que têm de suportar milhares de quilos de peso quando empilhadas e transportadas.

Como é que resolvemos este paradoxo? Utilizando Dosagem de nitrogénio líquido.

Uma vez que o material não é suficientemente rígido para aguentar o peso por si só (particularmente no caso de bebidas não gaseificadas), a linha de embalagem tem de proporcionar integridade estrutural artificialmente. Uma gota muito fina de nitrogénio líquido é adicionada à bebida imediatamente antes de esta ser selada. O azoto evapora-se imediatamente, aumentando o seu volume 700 vezes.

Este crescimento tensiona a lata internamente. Transforma o invólucro de alumínio flexível e maleável num cilindro duro e pressurizado. Esta pressão interna supera a deficiência de resistência do material.

Para o comprador do equipamento, isto estabelece uma diretriz muito simples: Quando se utilizam latas de alumínio para água, sumo ou café, um doseador de nitrogénio não é um acessório; é uma parte essencial do seu sistema de integridade estrutural. As suas latas ditas maleáveis cairão sob o seu próprio peso de distribuição sem ele.

Resistência à corrosão: O papel das camadas de estanho e cromo

Temos de dar a volta ao estanho na lata. Então, porque é que continuamos a utilizar estanho ou cromagem quando temos um revestimento interno de polímero?

A solução é a redundância e a proteção eletroquímica.

Os revestimentos internos podem falhar. Podem conter orifícios microscópicos ou podem ser danificados durante o processo de costura. Sem uma barreira metálica, a natureza ácida dos alimentos (como a pasta de tomate ou o sumo de ananás) atacaria instantaneamente a base de aço. A ferrugem (óxido de ferro) formar-se-ia e contaminaria os alimentos, podendo levar ao inchaço e rebentamento da lata.

O estanho actua como uma barreira. Em determinadas condições ácidas, o estanho é sacrificial para o aço. Ou seja, corroerá gradualmente em defesa do aço que está por baixo. O cromo (em TFS) oferece uma barreira de óxido passiva que é quimicamente inerte.

Estas camadas protectoras são muito finas. De facto, por vezes, são em microns. Este facto coloca uma grande pressão sobre o equipamento de enchimento e selagem.

Se um bocal de enchimento Se o produto pingar para a flange (o rebordo) da lata, pode prender os alimentos no vedante. Quando o mandril de selagem (a ferramenta que segura a tampa) é demasiado agressivo, pode partir o revestimento do rebordo da lata. Quando esse revestimento é violado, perde-se a "resistência à corrosão".

Isto é especialmente importante nas linhas de embalagem de alta acidez. O equipamento utilizado deve ser muito delicado com as latas. As peças de contacto devem ser de material não abrasivo ou de aço inoxidável endurecido com acabamentos polidos para evitar micro-abrasões no revestimento protetor da lata. Uma máquina que esteja a funcionar mal pode não resultar numa falha imediata, mas resultará num aumento do número de fugas e de deterioração semanas depois de o produto ter saído da fábrica.

Conclusão: Adaptação da produção às especificações dos materiais

A questão de saber de que são feitas as latas de conserva é, de facto, uma questão de física. Pode ser a dureza do aço TPS, a fragilidade do alumínio ou as necessidades especiais de ligação do TFS, mas cada material dita um certo número de regras para a sua linha de produção. O não cumprimento destas diretrizes resulta na destruição de latas, selos danificados e desperdício de produto.

O sucesso na embalagem requer o alinhamento das capacidades do seu equipamento com as especificações do seu material. É aqui que Levapack distingue-se. Com mais de 18 anos de experiência em engenharia e uma presença em mais de 100 países, não nos limitamos a vender máquinas; fornecemos soluções à medida para o manuseamento preciso de materiais. Quer necessite de uma máquina de costura a vácuo para latas de aço rígidas, de uma linha de dosagem de nitrogénio para alumínio leve ou de uma máquina de enchimento de alta precisão para pós e grânulos sensíveis, as nossas instalações de 4.000m² e a nossa equipa de montagem especializada fornecem equipamento que respeita a metalurgia da sua embalagem. Garantimos que a sua linha funciona com a precisão que os seus materiais exigem.