EL MUNDO DE LA LATA   

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PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS ENVASES


 

 

Los envases destinados a contener alimentos deben tener la fuerza y robustez adecuada para permitir su manipulación, llenado y procesado, almacenamiento y distribución sin sufrir daños. El momento más delicado de un envase es durante el proceso de esterilización a que es sometido una vez llenado y cerrado. Es en ese periodo donde la lata a de presentar las condiciones mecánicas necesarias para superar con éxito este tratamiento.

Estas propiedades mecánicas se pueden definir en tres conceptos:

-1º.- Resistencia axial: Resistencia a deformarse cuando está sometida a una carga superior.

-2º.- Resistencia radial: Resistencia a deformarse por la acción de un vacío interior o por una presión externa.

-3º.- Resistencia a la deformación: Resistencia a la presión interna.

Realmente las tres están interrelacionadas. La 1ª y 2ª en sentido inverso, es decir un aumento de la resistencia axial suele generar una disminución de la radial. A igualdad de espesor de metal en un cuerpo de envase, presenta mayor resistencia axial si su configuración es recta. Por el contrario presenta mayor resistencia radial si es acordonado. Hay que buscar el punto de equilibrio entre ambas. Lo normal para envases de mayor altura que su diámetro es recurrir a cuerpos acordonados, ya que se puede alcanzar valores suficientes de resistencia axial y radial con menor espesor de metal que si fuesen rectos. Los envases de baja altura presentan elevada resistencia radial sin necesidad de acordonar.

 

RESISTENCIA AXIAL

La capacidad de resistir a una fuerza aplicada axialmente sobre un envase viene aportada al mismo por medio de sus paredes laterales, es decir de su cuerpo – cilindro o de cualquier otra forma-, la tapa y fondo no adsorbe nada de esta fuerza. Esto es evidente, ya que en su posición normal el envase recibe la carga axial paralelamente a sus paredes.

En el caso de un envase tipo tres piezas cilíndrico, aunque en teoría su resistencia axial es uniforme, en la practica esto no es así. En la zona de la costura lateral la resistencia suele ser mayor por el reforzamiento que la misma supone. También ligeras diferencia de paralelismo entre el cierre del fondo y de la tapa, hacen que un punto determinado de la parte superior puede sufrir mas carga, generando antes una deformación en su vertical. Como ya hemos indicado, los envases de cuerpo recto soportan mayor esfuerzo axial que los  de cuerpo acordonado. También cuando mayor es el espesor del material del cuerpo, mayor es su resistencia. La misma es también función del diámetro del envase, a mayor diámetro mayor desistencia axial.

Existen equipos comerciales para medir la resistencia axial. Todos ellos están basados en el principio de someter al envase a una carga superior, la misma va aumentando progresivamente hasta que se detecta que se produce una deformación permanente – una reducción de su altura-. Su valor se mide en Kgrs. Por tanto se podría definir la resistencia axial de un envase como la cantidad mínima de kilogramos que puede soportar verticalmente sin rehundirse.

Equipo de medición de resistencia axial

A titulo orientativo sus valores pueden ser:

Para envase de diámetro igual o menor de 73 mm:     250 Kgrs.

Para envases de diámetro  99 mm:                              450    “

Para envases de diámetro 153 mm:                             650    “

 

RESISTENCIA RADIAL

Cuando las latas son sometidas al proceso de esterilización, la presión generada en el interior del autoclave es compensada con la presión interna originada dentro del envase, ya que el producto que el mismo contiene se dilata por la acción del calor. La diferencia que puede haber entre ambas presiones es equilibrada por la resistencia radial de la lata. En casos extremos, la presión externa hará que el envase se chupe – se colapse -. El enfriamiento posterior al tratamiento térmico produce una reducción de volumen del producto contenido, que puede ocasionar un vacío interior que acentuará el chupado.

La resistencia al chupado o colapsado de un envase la dan por igual las paredes – el cuerpo –y los extremos – tapa y fondo-, si bien es el cuerpo quien antes sufre sus efectos. Por tanto es el cuerpo quien pone en evidencia la falta de resistencia radial de un envase.

La resistencia de las paredes del envase al chupado es función del espesor del metal empleado y de la forma o perfil de la tapa – fondo y del cuerpo (perfil de los cordones). También está ligada al diámetro y a su altura.

En la segunda mitad del siglo XX se introdujo la técnica de acordonar envases, lo que redundó en una reducción del espesor de los cuerpos de los mismos, manteniendo o incluso aumentando su resistencia radial. Se han realizados múltiples estudios para determinar para cada formato de lata el numero de cordones ideal, su posicionamiento y el perfil del los mismos. Se ha comprobado que el factor que más influye es el perfil. Las siluetas que mas incrementan la resistencia radial son las de configuración angular y las que menos las muy redondeadas. Pero inciden sobre la resistencia axial justo en sentido opuesto. Por tanto se suele ir a un perfil de cordón, formado por dos lados recto unido por una curva suave.

El mercado ofrece equipos adecuados para controlar la resistencia radial. Muchas veces es posible adquirir un equipo que presenta dos estaciones diferenciadas para medir ambas resistencias (axial y radial). El principio de funcionamiento para la medición de la resistencia radial consiste en introducir el envase, cerrado por ambos extremos, en una cámara hermética y  someterlo de forma progresiva a presión exterior hasta que se produzca una deformación – chupado – permanente. Se detecta fácilmente porque la presión externa en ese momento sufre un ligero descenso al aumentar el espacio exterior,  la misma va acompañada de un sonoro “crac” originado por el colapsado de las paredes del envase.

Equipo de medición de resistencia radial

La resistencia radial se mide en Kgrs/cm2. Un valor aceptado como bueno de la misma es como mínimo 1.7 Kgrs/cm2 para envases de diámetro 99 mm. o menores. Este valor desciende para latas de mayor diámetro  reduciéndose hasta por debajo 1 Kgrs/cm2 para latones de 5 Kgrs. (diámetro 153)

 

RESISTENCIA A LA DEFORMACIÓN

El espacio de cabeza que contiene trazas de vapor de agua, aire o  gas, junto con el producto contenido en el envase, cuando son sometidos al calentamiento en el proceso de esterilización, aumentan de volumen produciendo una sobre presión interior. Ya se ha comentado que una parte de ella es compensada por la presión del autoclave si el mismo es del tipo cerrado, pero son principalmente los extremos del envase – tapa y fondo – los encargados de mitigar este aumento de presión, deformándose hacia el exterior durante el proceso.

Para poder cumplir este cometido, las tapas y fondos se diseñan, incorporando en su panel central, una serie de anillos de expansión y gradas que le dan cierta elasticidad a los mismos, de  tal manera que les permiten curvarse hacia el exterior y volver a su primitiva forma cuando la sobre presión cesa. Esta solución permite reducir sensiblemente el espesor del metal para obtener una resistencia equivalente a la que tendría una tapa plana. También hay que tener en cuanta que en las tapas no se puede usar durezas de metal muy elevadas ya que las mismas dificultarían la obtención de un buen cierre de las mismas, por ello no es lo ideal  recurrir a aumentar mucho el temple para incrementar la resistencia a la deformación.

Conviene insistir que es necesario que la tapa vuelva a su posición inicial cuando desaparezca la presión interior, ya que la presencia de tapas abombadas permanentemente  están asociadas a alteraciones de la lata, ya sea de origen microbiológico o por producción de gas debido al ataque de la lata por parte de su contenido.

La determinación de la resistencia a la deformación debe hacerse sobre un envase con la tapa y el fondo colocados. No es representativa hacerla sobre tapas o fondos sueltos – sin cerrar – ya que la realización del cierre influye sobre los valores de la misma. Por tanto para evaluarla deben tomarse envases cerrados por ambos extremos y aplicarle aire presión por un orificio realizado hacia la mitad de su altura hasta que se produzca la deformación permanente. Esta se detecta por la aparición de “picos” en el panel.

Se puede preparar un útil para esta prueba a partir de una bomba de inflar ruedas de bicicletas, equipada con un latiguillo flexible con un manómetro acoplado a él a través de una “te”, rematando dicho latiguillo con una fina boquilla afilada que permita perforar el cuerpo del envase. Para conseguir la estanqueidad, dicha boquilla debe estar dotada de una goma exterior que oprima por fuera la pared del envase.

Es difícil dar valores para esta resistencia, dependiendo mucho del diámetro de la tapa, perfil del panel, espesor, temple, etc. En todo caso los fondos han de soportar las condiciones normales del proceso empleado para el producto a contener.

 

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