|
Frente a pressões econômicas e ambientais
tem-se observado uma tendência de redução de peso de embalagens plásticas o que, apesar
de apresentar aspectos favoráveis, pode comprometer o desempenho mecânico da embalagem durante transporte,
distribuição e estocagem. Com isto, aumenta-se o risco de falha do sistema por problemas de empilhamento
e colapso devido à redução da pressão interna. O objetivo deste trabalho foi desenvolver
uma metodologia simples e rápida para avaliar a resistência ao colapso de garrafas plásticas
submetidas a uma pressão interna inferior à externa.
METODOLOGIA
Este método foi baseado na curva de redução de volume versus pressão interna da garrafa,
que apresenta três fases distintas: a primeira delas é uma acomodação da garrafa à
situação de stress e ocorre para valores de diferencial de pressão baixos; a segunda fase
se caracteriza por uma variação proporcional e reversível entre diferencial de pressão
e variação de volume. Esta segunda fase compreende a fase elástica do sistema, onde ao ser
aplicado o diferencial de pressão, a garrafa resiste ao esforço, apresentando uma deformação
que é restituída, uma vez cessado o esforço. A terceira e última fase se caracteriza
por uma rápida e acentuada variação de volume depois de pequena variação na
força ou no diferencial de pressão. Este ponto caracteriza o colapso da garrafa, provocando deformações
plásticas que, uma vez cessado o esforço aplicado, ainda permanecem na garrafa.
A resistência ao colapso foi avaliada utilizando um sistema composto de manômetro de mercúrio
com coluna de 760 mmHg (1atm), ligado a uma bomba de vácuo, a uma balança semi-analítica com
resolução de 10-2g e a um kitassato de 1000mL.
Inicialmente a garrafa sob teste foi cheia com água tratada de rede à temperatura ambiente, até
sua capacidade máxima e fechada com uma rolha de borracha. O vácuo da bomba é aplicado ao
kitassato (5) através de uma válvula tipo registro (2), que controla a quantidade de vácuo
aplicada. O nível de vácuo é medido pelo deslocamento da coluna de mercúrio (1) e aplicado
à garrafa através de um tubo, que passa através da rolha de fechamento da garrafa. Este diferencial
de pressão faz com que a água da garrafa (6) seja sugada para o kitassato, onde é acumulada.
A variação de massa do kitassato é diretamento proporcional à variação
do volume interno da garrafa.
Para a validação do método utilizaram-se 15 tipos de garrafas distribuídas nos seguintes
grupos: mesmo formato e diferentes pesos; mesmo formato e diferentes processos de fabricação; diferentes
formatos. Avaliou-se ainda a possível influência do nível de enchimento no ensaio. Os gráficos
apresentam os dados obtidos imediatamente antes do colapso da garrafa, que representam a região elástica
do sistema.
RESULTADOS
A Figura 2 demonstra que o nível de enchimento
(total, ¾ e ½ do volume total) não tem influência na tendência da curva mas determina
seu coeficiente angular, o que provavelmante está relacionado à compressibilidade do ar no espaçao-livre
da embalagem. Quanto maior o espaço-livre, maior a quantidade de água transferida para o kitassato
e, consequentemente, maior a variação do volume interno para um mesmo diferencial de pressão.
|
A figura 3 mostra o comportamento da garrafa CG, com pesos de 20, 27 e 29 gramas. A Figura 4 mostra o comportamento
da garrafa AD com pesos de 20 e 27 gramas. Em ambos os casos, a resina e o processo de fabricação
utilizados foram os mesmos para cada conjunto de garrafa.
Verificou-se que uma redução de 7%, no peso da garrafa CG (29 para 27 gramas), causou apenas uma
pequena redução no valor de diferencial de pressão de colapso, apresentando, as duas garrafas,
um comportamento muito próximo. Já uma redução de 26% no peso (27 para 20 gramas),
tanto na garrafa CG quanto na AD, causou uma mudança de comportamento caracterizada pelo enfraquecimento
da parede, ou seja, perda de resistência ao colapso, o que resultou em maior variação de volume
interno nas garrafas mais leves para um dado diferencial de pressão interna.
Durante a execução dos ensaios observou-se que quanto menor a resistência da garrafa, maior
a dificuldade para sua execução, provavelmente devido à maior instabilidade das paredes da
garrafa. Esta instabilidade pode ser observada na porção inicial dos gráficos da Figura 4.
A Figura 5 mostra o comportamento da garrafa PPS, produzida de forma covencional ( P1) e por um segundo método
que permite maior biorientação ( HS).
O processo de fabricação, que permite maior biorientação da garrafa (HS), conferiu
à embalagem maior resistência ao colapso, uma vez que para um mesmo diferencial de pressão,
cerca de 110mmHg, a garrafa convencional apresentou maior variação no volume interno.
A Figura 6 mostra o comportamento de uma garrafa de seção transversal quadrada, peso de 26g e duas
garrafas de seção transversal circular, peso de 27g. O formato quadrado apresentou maior suscetibilidade
ao colapso quando comparado ao redondo, pois, para os mesmos níveis de diferencial de pressão, avariação
no volume interno da garrafa quadrada foi cerca de 10 vezes superior ao apresentado pelas redondas.
CONCLUSÕES
Os resultados apresentados demonstram que o método de avaliação de resistência ao colapso
via aplicação de vácuo interno permite a comparação direta da resistência
de garrafas com diferentes formatos, materiais, pesos e processos de fabricação, que serão
submetidas à redução de sua pressão interna durante uso.
Logo, este método pode ser usado na especificação de embalagens, definição de
condições de processo e envase e estimativa de desempenho durante estocagem e distribuição
do produto.
AGRADECIMENTOS:
Os autores agradecem o apoio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São
Paulo - FAPESP.
AUTORES:
BORDIN, Maurício B., OLIVEIRA, Léa M., SARANTÓPOULOS, Claire, FERRO, Rodrigo, A.
Informativo CETEA, vol. 12 - nº 3
|