Llevando las pruebas de "vida útil" a la línea de producción

En el mundo actual de botellas ligeras y la producción de alta velocidad, el mínimo cambio en la distribución de material puede generar miles de botellas que no pueden cumplir con los requerimientos de CO2  para la vida útil.

Tan pronto como la botella se llena y se tapa, comienza la cuenta regresiva. Las botellas de una capa de PET, aunque parecen ser impermeables, son ligeramente porosas y con el tiempo hay escapes de CO2 y/o O2 que permean a través del material. La rapidez con la cual ocurre este proceso determina la "vida útil".

En el entorno de ritmo rápido de hoy el proceso desde la preforma hasta la empacadora puede tomar menos de una hora. Los productos aparecen en la estantería de la tienda de comestibles en unos pocos días. Las botellas que no cumplen con los requerimientos de vida útil pueden afectar la experiencia del consumidor, impactar las futuras ventas y finalmente dañar la imagen de la marca. Con la tendencia de auto-manufactura de botellas de los propietarios de marcas y el incremento del énfasis en la ligereza, las propiedades de vida útil de las botellas, están incrementando el impacto en el proceso de producción. Los procesos de producción más rápidos con botellas más livianas dictan un nuevo enfoque hacia la gestión de la vida útil. Uno de estos enfoques es el modelo de rendimiento de recipiente M-RULE  para el análisis de vida útil en las botellas de bebidas de PET. Este modelo es notable gracias a la velocidad de las pruebas, y la reproducibilidad del resultado, todo a un costo significativamente menor que los métodos tradicionales.

¿Tienen todas las botellas de PET el mismo diseño?

Para un diseño específico de la botella, la vida útil está determinada principalmente por el área de superficie y el espesor efectivo de la pared lateral, que a su vez determina el peso del empaque. Y, ya que el costo es un objetivo fundamental, el peso es por lo general el mínimo necesario para conseguir la vida útil requerida. En teoría, si todo va bien y cada botella se produce mediante un proceso uniforme, cada botella debe presentar las mismas propiedades de vida útil. En la realidad, este no es el caso. Las variaciones que afectan el proceso de soplado de la botella se producen continuamente. Las diferencias en el contenido de humedad en la preforma y la temperatura, las propiedades del material, las anomalías en el molde de soplado, cambios ambientales en la planta, la experiencia del operador, (para nombrar algunos) impactan la distribución del material y afectan el espesor de la pared lateral, propiedad que es crucial para el comportamiento de la vida útil.

¿Por qué esto es tan crítico ahora? En el pasado, las variaciones en el proceso de soplado se enmascaraban con paredes laterales pesadas ​​y material adicional. Las botellas fueron sobre-diseñadas, y su vida útil excedía los objetivos mínimos. Como resultado, pequeñas variaciones en la distribución de material no tuvieron impacto en la calidad del producto. Las botellas de peso ligero cambiaron el juego.

La ventana de procesamiento en una botella de peso ligero es muy estrecha y el objetivo de vida útil sólo se adquiere en botellas con una óptima distribución del material. Desviaciones menores en la distribución del material y del espesor de la pared que, tenían poco impacto en el pasado, ahora pueden dar lugar a una producción significativa que no cumple con las especificaciones de caducidad.

Con esa realidad de la variación en las entradas del proceso, la única manera de garantizar la coherencia en la vida útil es con un control estricto, monitoreado y continuo del proceso de soplado. Y, mediante el manejo proactivo de las variaciones en la distribución de material y del espesor, el comportamiento de la vida útil se puede gestionar como parte de este proceso. Sin embargo, incluso con las diversas técnicas de monitoreo de procesos en la práctica de hoy, el tiempo de vida útil es un aspecto que no se suele incorporar en los procesos de monitoreo de rutina y en los programas de respuesta. Esto se debe a que, hasta hace poco, el monitoreo de las propiedades de la  vida útil en la planta de producción no ha sido una tarea sencilla.

Los métodos tradicionales de prueba de la vida útil pueden tomar un tiempo mayor de 8-24 semanas, lo cual es poco práctico cuando es necesario tomar decisiones de proceso oportunas con datos precisos. Además, estas requieren una preparación de laboratorio intensiva, vigilancia continua y atención durante la prueba, y tienen limitaciones que pueden resultar en imprecisiones. Las variaciones en la dosificación de botella a botella, el nivel de llenado, el control de la temperatura del entorno de prueba, y así sucesivamente, afectan los resultados, por lo que es difícil predecir una vida útil confiable usando estos métodos.

El Modelo M-Rule, una alternativa a la tradicional prueba de vida útil

Container Science Inc., Atlanta GA, ofrece una solución muy tangible al dilema de vida útil, con su modelo de comportamiento de contenedor M-RULE para el análisis de la vida útil en botellas de bebidas de PET. Disponible en el mercado desde el año 2002, el modelo ha sido validado en varias ocasiones por los propietarios de marcas, convertidores y desarrolladores de tecnología. Este modelo supera la variabilidad de las pruebas tradicionales al proporcionar un medio para evaluar uso de datos estandarizados de botella, pruebas las condiciones ambientales, resultando en un método de gran repetitividad. Y con resultados disponibles en cuestión de segundos, superando así el tema crítico de la puntualidad.

El modelo de rendimiento de contenedor de bebidas M-RULE, es una herramienta de predicción basado en la web. Funciona mediante la integración de los fundamentos de la permeabilidad con datos físicos evaluados críticamente para los materiales en un empaque determinado (botella y cierre) y otros datos pertinentes que afectan a la permeabilidad de un recipiente, tales como la temperatura y la presión.

El modelo M-RULE tiene en cuenta una serie de parámetros y atributos de botella como parte de la determinación de la vida útil, tales como el área superficial, la distribución del material (espesor de pared), diseño de la base, las condiciones de llenado, las condiciones de almacenamiento y distribución, etc. El impacto de las propiedades del material tales como la construcción de la pared lateral, de resina, la orientación del material, la cristalinidad, el módulo de la resina y la actividad de eliminación también puede ser evaluado. El modelo predice simultáneamente la permeabilidad de CO2, O2, N2, y H2O basada en el cálculo de los primeros principios de la difusión y la solubilidad de estos gases, junto con el impacto de la tensión, la temperatura, la cristalinidad y puede ser modelado sobre estos parámetros. Por esta razón, el modelo puede predecir con precisión el rendimiento de la botella bajo una amplia gama de condiciones. El rendimiento del empaque específico se determina mediante la aplicación de los parámetros de la botella, como el área de superficie, peso, diseño de la base, el acabado, el volumen y las condiciones de llenado. Todos los cálculos incluyen el impacto del cierre sobre el desempeño del empaque.

Cuando los detalles específicos de la botella/empaque se introdujeron en el modelo, se pudo hacer una determinación muy precisa de la vida útil. Esto se logra sin la influencia de muchos de los problemas que ponen en peligro los resultados de las pruebas tradicionales, tales como:

• Precisión de las pruebas iniciales de carbonatado
• Parámetros de control de prueba y precisión sobre el tiempo especificado
• Las temperaturas de almacenamiento y transporte
• Manipulación de las muestras
• Duración de la prueba y oportunidad de los datos

Con el modelo M-RULE estos ítems ya no son un problema. Cada prueba se realiza con las mismas condiciones exactas y protocolos de pruebas. Cualquier diferencia en los resultados de las pruebas es un reflejo directo de las propiedades de la vida útil del contenedor, no de las condiciones de prueba o procedimientos de prueba.

Una ventaja importante del modelo, es que puede ser utilizado para determinar el rendimiento de un diseño específico de la botella bajo una gran variedad de condiciones o escenarios. ¿Cómo va a actuar en esta botella de 30 °C vs 22 ºC? . ¿Podría cambiar el comportamiento si se usa una marca o tipo de material diferente al que fue usado anteriormente? ¿Cómo se afecta la vida útil de la botella si se cambia la ligereza de una botella de un 0,5 gramos a 1 gramo? Escenarios como estos pueden ser fácilmente evaluados y se puede identificar el comportamiento de vida útil mucho antes de realizar cualquier inversión en la producción de botellas.

El modelo M-RULE está dirigido en la actualidad a los principales propietarios de marcas de todo el mundo para analizar críticamente los diseños de características propias de rendimiento de vida útil antes de la creación de prototipos y antes de la fabricación. Debido a su carácter integral, permite a los diseñadores probar y optimizar los diseños antes de comprometerse con la producción real. También es una herramienta valiosa para determinar el efecto de los cambios de menor importancia a una botella debido a la ponderación de ligereza y cómo esos cambios afectarán al rendimiento de la vida útil. Además, puede ser utilizado para evaluar si un empaque está sobre o sub dimensionado y cómo se comportará bajo un conjunto definido de condiciones de llenado, almacenamiento o distribución.

La exactitud del modelo

El modelo M-RULE ha sido probado en una serie de escenarios y resultados que son idénticos a las pruebas tradicionales en tiempo real, dentro de los límites de error inherentes a dichas pruebas. El modelo M-RULE sobresale en la velocidad de la prueba y la reproducibilidad de los resultados. A continuación se presentan tres ejemplos de la capacidad predictiva del modelo frente a dos métodos diferentes de pruebas tradicionales.

Ejemplo 1: 500 ml a través de contenedores de PET de 2L
Ejemplo 2: 600 ml PET a 86 F (Z-N)
Ejemplo 3: 600 ml PET a 65 F (Z-N)

Estas pruebas de validación confirman la exactitud del modelo M-RULE en la predicción de CO2 en la Vida-útil. Otros resultados de la validación muestran un comportamiento similar para la entrada de oxígeno, la pérdida de nitrógeno, y la pérdida de agua.

Implementando el modelo M-RULE en la planta

El modelo M-RULE ofrece una alternativa viable a las pruebas tradicionales, tanto para los laboratorios de investigación y desarrollo como para las pruebas de calidad de la producción. Al darse cuenta del potencial de M-RULE en la planta, Agr Internacional, a través de un acuerdo exclusivo con Container Science, Inc., ha incorporado el modelo de rendimiento de contenedor M-RULE en el probador de la presión Embalaje PPT3000, un dispositivo que se utiliza de forma rutinaria por fabricantes de botellas de PET para comprobar la calidad y el rendimiento de las botellas de forma regular durante la producción. Al incorporar el modelo M-Rule en este dispositivo, ahora es posible para tener las pruebas de vida útil de la planta y tomar ventaja de la precisión, la fiabilidad y la precisión del modelo, y lo más importante la disponibilidad de los resultados inmediatos.

Con esta capacidad en el PPT3000, es posible obtener información rápida y precisa sobre la utilización del material y el rendimiento de la vida de anaquel de botellas recién sopladas en el momento y lugar de producción.

¿Cómo funciona la PPT3000 M-RULE?

El PPT3000 con M-RULE trabaja bajo la premisa de que si cada botella es idéntica, el tiempo de conservación igualmente será idéntico. Sin embargo, si un parámetro cambia, a continuación, la vida útil también cambiará. Dado que el espesor de la pared es el parámetro más crítico para la vida útil, el grosor de la pared es el parámetro que se utilizará como la variable. Cualquier cambio en el espesor de la pared se ve reflejado en los resultados de vida útil.

Durante una prueba, la botella se presuriza a un nivel predefinido. El volumen de expansión y el espesor del material correspondiente son capturados cuando la presurización se incrementa y alcanza el nivel apropiado. El espesor promedio de material en una botella bajo ensayo se introduce automáticamente en una versión integrada del modelo M-RULE creado para esa botella. El modelo se ejecuta con cada prueba del PPT3000. Con todos los demás parámetros en la M-RULEinvariables, las variaciones en el volumen de expansióny los valores de espesor correspondientes reflejan los cambios en la vida útil. Si la distribución del espesor cambia en el transcurso de la producción de botellas, las pruebas de rutina con el PPT3000 identificarán los cambios correspondientes en la vida útil.

Diferentes diseños de las botellas únicos han sido creados por Agr utilizando la versión de laboratorio M-RULE. Estos contienen información sobre el diseño de la botella, el tipo de material, superficie, acabado, cierre y otros datos de entrada requeridos para determinar la vida útil en el modelo M-RULE. Estos se almacenan a bordo del PPT3000 y pueden ser llamadas rápidamente a probar diferentes tipos de botellas producidas en una planta o en los cambios de producción.

El PPT3000 con M-RULE ofrece un método práctico para la prueba de la vida útil que tarda menos de 60 segundos por botella, no requiere ninguna preparación especial y se puede realizar en el laboratorio o en la planta de producción. Esto hace que sea posible muestrear de forma rutinaria botellas de producción sobre una base regular de ensayo para la vida útil adecuada. La verdadera ventaja de este sistema es que puede ser utilizado como una herramienta de producción para verificar que las botellas cumplen con los estándares de vida útil, y lo más importante, identificar problemas comprometedores cuando están sucediendo, no días o semanas más tarde. Los resultados del ensayo se muestran en la interfaz de usuario del sistema de PPT3000 en la forma de utilización de material de la vida útil y su porcentaje. Esta información también se puede exportar a un sistema de laboratorio o datos de la instalación. En el caso de que los objetivos de vida útil no sean los especificados, la intervención puede ocurrir de inmediato para corregir el problema y corregir el proceso.

El valor de la gestión de la vida útil de la planta

Los cambios en el rendimiento de vida útil pueden ocurrir rápidamente en las líneas de producción de alta velocidad de hoy en día. Si hay cambios de proceso, el efecto en la vida útil se convierte en un juego de adivinanzas a menos que se realicen pruebas regulares. Tener visibilidad del efecto que estas variables tienen sobre la vida útil de la máquina de soplado le da una mejor capacidad de controlar la vida útil de su producto terminado.

Hay un valor agregado al hacer un análisis de la vida útil cerca de la línea de producción de botellas o en el laboratorio. De esta manera, se obtiene una muestra inmediata del contenedor (vida útil) el comportamiento que es el resultado directo de las condiciones actuales de la planta y las variaciones de proceso en el tiempo.

La retroalimentación obtenida se puede utilizar en múltiples formas, incluyendo:

1. Manejo de su proceso porque se mantiene la vida útil constante durante el inicio de producción y/o durante cualquier cambio en el proceso

2. Peso ligero exitoso, manteniendo los objetivos de vida útil

3. Administrar el inventario y almacenamiento para asegurarse de que el rendimiento de la vida útil de la botella coincide con las necesidades y condiciones en el punto de venta

4. Manejar las percepciones de los clientes sobre la calidad de la marca. Con pruebas regulares y la vigilancia continua del desempeño de la vida útil del lote de producción en curso, es posible gestionar de forma proactiva su molde de soplado para mantener la óptima utilización y, en consecuencia, maximizar la vida útil de su producción y en última instancia, mantener los altos estándares de su marca.

Artículo proveniente de la revista impresa con el código TP2904-Control de calidad.