O que é uma balança de múltiplos cabeçotes na embalagem?

As balanças multicabeçais são balanças de alta velocidade, qualidade e quantitativas, nas quais um microcontrolador gere várias unidades de pesagem e utiliza matemática combinatória para determinar e libertar o peso ideal de um produto. Em contraste com as balanças lineares, que são quantitativas e enchem um único balde até atingir um peso definido, as balanças de múltiplos cabeçotes dividem o produto a granel em porções mais pequenas, pesam-nas em diferentes tremonhas e selecionam um conjunto de tremonhas para corresponder ao peso alvo de uma produção.

Em instalações automatizadas de embalagem de alimentos numa variedade de indústrias, uma balança de múltiplos cabeçotes actua como o principal centro de distribuição de materiais e como o principal processador de controlo de todo o fluxo de produtos. É mais do que uma máquina de pesagem; as balanças de múltiplos cabeçotes controlam o fluxo, a velocidade e a precisão das linhas de produção. A máquina de embalagem em sistemas de enchimento e selagem verticais e sistemas de enlatamento de alta velocidade só podem funcionar tão rápido e com tanta precisão como as balanças de múltiplos cabeçotes.

É provável que as pequenas e médias empresas (PME) globais na indústria da embalagem dêem prioridade a investimentos intencionais e estratégicos, enquanto automatizam totalmente o fabrico de alta precisão e fazem a transição de operações manuais para operações semi-automatizadas. A vantagem financeira mais significativa de uma balança de múltiplos cabeçotes é a capacidade de minimizar o "giveaway". O "giveaway" é a quantidade excessiva de produto incluída numa embalagem para cumprir os regulamentos nacionais, em que cada embalagem tem de ter um determinado peso mínimo definido por lei. No caso da pesagem manual, os funcionários enchem a embalagem com vários gramas a mais para evitar serem penalizados por pesar menos. Ao longo de milhões de embalagens, isto pode tornar-se devastador. Uma balança de múltiplos cabeçotes reduzirá este intervalo de enchimento excessivo para fracções de um grama. É por isso que é tão eficiente em termos de custos, uma vez que converte o desperdício poupado diretamente em lucro e proporciona um período de retorno extraordinariamente rápido para o capital investido.

Componentes principais de um sistema de pesagem com várias cabeças

Para os gestores de instalações, como parte da sua avaliação da fiabilidade do equipamento e da capacidade do equipamento para cumprir as normas sanitárias, é útil ter uma compreensão básica da engenharia estrutural do dispositivo para compreender plenamente o princípio de funcionamento da balança de múltiplos cabeçotes. Numa balança de múltiplos cabeçotes de alta qualidade, os muitos componentes individuais diferentes podem ser um bom exemplo de componentes físicos e electrónicos fortemente integrados.

• Topo Cone: Sendo a secção mais alta da máquina, o cone superior serve como primeiro ponto de contacto e recebe o material a granel de um transportador inclinado a montante ou de um elevador de baldes em Z. O cone superior utiliza uma vibração controlada contínua, ajustando a sua amplitude, para ajudar na dispersão radial de 360 graus do produto a granel para os alimentadores lineares.
• Linear Alimentador Panelas: Estes recipientes de alimentação, que se encontram radialmente à volta do cone superior e do funil de alimentação, recolhem o produto que foi espalhado. Cada recipiente possui um sistema vibratório independente, cujos parâmetros são controlados para criar um fluxo contínuo e uniforme de produto para as unidades de alimentação individuais. A conceção de cada um destes tabuleiros é ajustada para corresponder às caraterísticas específicas do fluxo do produto que está a ser manuseado.
• Baldes de alimentação (baldes de retenção): Estes baldes estão situados imediatamente por baixo dos recipientes de alimentação linear e, como unidades de armazenamento temporário, servem para preparar o material. No momento em que a tremonha de pesagem por baixo de uma das suas configurações desce, o balde de alimentação abre as suas comportas para reabastecer esse balde de pesagem. Este sistema de armazenamento evita que o cone superior fique à espera do ciclo de cada balde, facilitando assim o funcionamento contínuo.
• Baldes de pesagem: Nesta parte do processo de pesagem, o mais importante que acontece é a medição da massa. É utilizado aço inoxidável 304 ou 316 de qualidade alimentar com 1,5 mm a 2 mm de espessura nas estruturas das máquinas, juntamente com todas as peças que entram em contacto com os alimentos. A especificação única destes materiais garante que não ocorrem microfissuras durante anos de vibrações contínuas e de alta frequência. Além disso, os materiais utilizados são seguros e têm a maior resistência à corrosão causada pelo contacto com ácidos ou sais.
• Células de carga: A tecnologia de célula de carga fornece as peças de sensor mais importantes nesta máquina. Cada um dos baldes de pesagem tem 1 célula de carga com extensómetro que mede a força descendente exercida pelo item e a traduz numa medição de peso. Os sensores são capazes de detetar alterações no peso em 1 milissegundo e podem medir itens com uma precisão de 0,1 g - 1,5 g, dependendo do volume ou peso das peças individuais.
• Motores de passo: Cada porta de balde é aberta e fechada com controlo específico do ângulo, da velocidade e da força de fecho por motores de passo. Em comparação com a outra opção de utilização de cilindros pneumáticos, os motores de passo permitem um melhor controlo, uma vez que são capazes de controlar e ajustar a posição da porta do balde para evitar o esmagamento do produto.

Princípio de funcionamento da balança multicabeça passo a passo

Para dominar verdadeiramente a embalagem, é necessário compreender o princípio de funcionamento da balança de múltiplos cabeçotes em ação.

Etapa 1: Alimentação e distribuição de material

O processo começa com um elevador Z a montante que liberta as matérias-primas para o cone superior. Um sensor fotoelétrico localizado acima do cone superior determina a espessura do leito do produto. Se a espessura for demasiado fina, o sensor comanda o elevador para distribuir mais produto, optimizando a velocidade de alimentação. Se a espessura for demasiado elevada, o sensor ordena a paragem do elevador. Este ciclo de feedback evita danos estruturais e uma pressão consistente do material. Com a ajuda de vibrações, o cone superior espalha o produto para os tabuleiros de alimentação linear. Estes pratos, através da utilização de frequências de vibração específicas, distribuem e separam uniformemente o produto, criando um fluxo consistente. As vibrações do tabuleiro fazem com que o material seja raspado da borda, permitindo que seja largado através de um funil ou diretamente na área de preparação dos baldes de alimentação.

Etapa 2: Pesagem independente em tremonhas

Quando os baldes de alimentação contêm o material preparado, as suas comportas inferiores abrem-se ao mesmo tempo, libertando o produto para os módulos de tremonha de pesagem situados diretamente por baixo. É aqui que se mede efetivamente o produto. Cada tremonha de pesagem tem células de carga de alta precisão que medem instantaneamente o valor do material nas tremonhas. Os sensores passam por um processo chamado estabilização numa fração de segundo. O processo filtra qualquer ruído de vibração mecânica circundante do chão de fábrica através de um mecanismo chamado filtro passa-baixo digital. De seguida, os sensores enviam o valor da massa para a placa principal da MCU central. Exemplo: o sistema detecta que a tremonha A tem 25g, a tremonha B tem 32g, a tremonha C tem 18g, etc., em toda a contagem de cabeças. Os sistemas mais sofisticados possuem uma função de paragem automática. Se os sensores detectarem que demasiadas tremonhas estão vazias, o sistema pára o ciclo de pesagem para permitir que o fluxo se estabilize e evitar misturas parciais.

Passo 3: A magia do algoritmo de combinação

A verdadeira magia do princípio de funcionamento da balança de múltiplos cabeçotes vem do poder dos seus algoritmos de pesagem combinados por computador. Digamos que a linha de produção tem um peso alvo de 100g. A CPU central envia os pesos de todas as tremonhas para o controlador do cabeçote, e o microcomputador não tenta encher uma única tremonha com exatamente 100g. Em vez disso, o microcomputador calcula instantaneamente todas as combinações matemáticas possíveis das tremonhas.

Para uma balança típica de 14 cabeças, em menos de um décimo de segundo, o microcontrolador avalia milhares de combinações de peso. O microcontrolador procura identificar a combinação que produz 100g, ou o peso mais próximo possível de 100g (por exemplo, 100,2g), evitando e rejeitando estritamente quaisquer combinações que fiquem abaixo do peso pretendido para cumprir as leis de proteção do consumidor. Quando o sistema calcula que a tremonha A (25g) + tremonha D (31g) + tremonha G (44g) é 100g, o microcontrolador tem uma solução matemática perfeita. O microcontrolador envia um sinal de controlo para os motores de passo das tremonhas A, D e G, e os obturadores abrem-se. As 100 g de material são descarregadas de forma limpa através da calha de descarga central para a lata, recipientes maiores, tubo de papel composto ou bolsa pré-fabricada que está pronta a ser utilizada com uma máquina de embalagem rotativa.

Tipos de balanças de várias cabeças para diferentes materiais

Uma vez que as fábricas processam uma vasta gama de produtos, as balanças combinadas oferecem uma enorme versatilidade.

Modelos de alta velocidade para granulados e snacks secos

Concebidos para precisão e velocidade, estes modelos destacam-se em ambientes de elevado volume e elevada exatidão no manuseamento de grânulos. Os produtos incluem misturas de frutos secos, alimentos secos para animais de estimação, snacks extrudidos, cereais, café e arroz. As superfícies de contacto das bandejas e tremonhas lineares são feitas de superfícies microonduladas padrão ou de aço inoxidável liso padrão, dependendo do coeficiente de fricção do produto. A superfície com covinhas reduzirá a área de contacto e, por conseguinte, assegurará que os grânulos oleosos ou húmidos não fiquem pegajosos. A conceção global assegura um fluxo rápido do produto e a estabilização instantânea das células de carga. Este tipo de balança de cabeça foi concebido para corresponder à velocidade de máquinas de costura de latas de alta velocidade ou ensacadoras VFFS para garantir que o equipamento a jusante é totalmente utilizado e funciona com um desempenho ótimo.

Modelos de baixa queda para snacks frágeis

Os produtos de embalagem como frutos liofilizados, bolachas cozidas e batatas fritas podem perder a sua integridade e partir-se facilmente durante a embalagem. As quedas por gravidade comuns levam a que o produto se parta ao tocar nas paredes metálicas da tremonha de embalagem, provocando quebras inaceitáveis e pó na área de embalagem. As balanças multicabeçais de baixa queda alimentam o produto de uma forma que reduz a energia cinética do produto. Essencialmente, o projeto de engenharia altera a geometria interna da máquina. Os ângulos de deslizamento das calhas de descarga tornam-se muito mais rasos e a distância vertical é comprimida ao máximo entre o cone superior, os baldes de alimentação e os baldes de pesagem. Deste modo, a conceção da máquina tem por objetivo ajudar o produto a deslizar e não a cair livremente. Esta conceção tem por objetivo proteger o produto ao longo das diferentes fases, desde a alimentação a granel até à embalagem.

Alimentadores de parafuso para alimentos pegajosos

A maioria das balanças de várias cabeças baseadas em vibração padrão falham quando manuseiam produtos pegajosos ou produtos frescos e húmidos que são viscosos ou fortemente marinados. Os produtos aplicáveis nesta categoria são pedaços de comida húmida para animais de estimação, refeições prontas a comer, carne fresca cortada em cubos e frutos conservados pegajosos. Estes produtos colam-se às panelas de aço inoxidável e a vibração apenas faz com que se comprimam e se colem na panela em vez de avançarem. Para resolver este problema de dinâmica de fluidos, são integrados sistemas de parafuso para substituir a alimentação por vibração linear. Em vez disso, são instalados parafusos sem-fim motorizados nas calhas de alimentação. Estes parafusos empurram e retiram ativamente o produto pegajoso, assegurando que os baldes de alimentação estão completamente cheios e que a quantidade de produto fornecida é a mesma, independentemente de quão húmido ou pegajoso o produto esteja.

Como escolher: 10 vs 14 vs 24 cabeças

Ao escolher a configuração correta de balanças combinadas, é importante ajustar os parâmetros técnicos da máquina à produção esperada da fábrica, ao orçamento disponível e aos tipos específicos de material a ser manuseado.

Quando se fala de instalações de produção de PME, o investimento de capital mais lógico é a balança multicabeçais de 14 cabeças. Os modelos de 14 cabeças de pesagem são modelos industriais padrão concebidos para pesar com elevada precisão. Pesam numa única gama que vai de 10g a 3000g, com uma variação da gama de precisão de pesagem de apenas 0,1g a 2g. Dependendo do peso da peça do produto, as balanças multicabeçais de 14 cabeças têm capacidades de tremonha de 1,6 L ou 2,5 L e suportam um enchimento contínuo até 60 a 120 embalagens por minuto. A balança de 14 cabeças está equipada com servos activos e um sistema de controlo MCU inteligente com um painel tátil de 7 polegadas. A balança multi-cabeças de 14 cabeças foi concebida para que as linhas de produção possam ser alteradas rapidamente. O sistema permite a produção de vários produtos sem alterações manuais. As linhas de produção podem ser alteradas de 50 g de café para 500 g de arroz em segundos.

Guia de resolução de problemas comuns para engenheiros

Mesmo o equipamento de alto nível com sistemas MCU apresenta problemas comuns. A resolução de problemas, a manutenção e os protocolos operacionais são fundamentais para a melhoria e a experiência do utilizador.

• Pesagem incorrecta: Não retire ainda os sensores de pesagem. Utilize a funcionalidade de calibração zero do software a partir do ecrã tátil da MCU para iniciar a calibração zero.
  • Verificar o chão de fábrica. As células de carga são muito sensíveis e podem ser afectadas pela pressão do ar. Certifique-se de que não existem fortes correntes de ar provenientes de sistemas AVAC ou de grandes ventoinhas industriais a soprar para os baldes de pesagem.
  • Ter em atenção a vibração física. Certifique-se de que a balança de múltiplos cabeçotes é colocada na sua própria estrutura de suporte que não está ligada à máquina de embalagem ou à máquina de costura a jusante, para que possa estar o mais livre possível de grandes vibrações.
• Poeira da célula de carga e erros do sensor: Em locais que lidam com produtos farmacêuticos, materiais em pó ou poeiras, as partículas finas de pó vão ficar presas nos pequenos espaços à volta da célula de carga e fazer com que os sensores fiquem presos e apresentem mensagens de erro.
  • A limpeza é muito importante. Se o equipamento não tiver uma classificação de impermeabilidade IP de alto nível, acima dos níveis de lavagem, as equipas de saneamento não podem utilizar a lavagem a alta pressão em qualquer parte do equipamento.
  • Os engenheiros têm de utilizar ar comprimido seco e escovas anti-estáticas para remover o pó das aberturas dos sensores.
• Bloqueio de material nas tremonhas: Se o produto não descarregar totalmente de forma consistente quando as portas do balde se abrem, aceda primeiro ao painel MCU e verifique os parâmetros do motor de passo. Certifique-se de que o ângulo de abertura programado e o tempo de permanência da porta aberta são suficientes para o volume e o caudal do produto.
  • Se a configuração mecânica estiver correta, mas o material (ursinhos de goma ou snacks muito salgados) estiver a aderir ao aço, então o seu aço inoxidável 304 standard não será suficiente. A resposta de engenharia é substituir os funis padrão por aqueles que são revestidos com Teflon (PTFE) ou têm padrões especializados com covinhas que reduzem o atrito da superfície e a aderência.

Resumo e próximas etapas

O primeiro passo para encontrar uma balança de múltiplos cabeçotes adequada é compreender os seus requisitos específicos de manuseamento de materiais e as restrições de espaço no chão. Uma balança só atinge a máxima eficiência quando está perfeitamente integrada num ecossistema mais amplo e de elevado desempenho.

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