06 Abril 2021
Otimização de embalagens com recurso a simulações numéricas

Imagem: Simulação de teste de queda de garrafa com água

Tradicionalmente, o design e a produção de embalagens baseiam-se em processos de tentativa e erro e em mudanças simples nas especificações do material ou na geometria da embalagem, sendo difícil de atingir o nível de eficácia pretendido. Este processo iterativo é demorado e dispendioso, prejudicando seriamente a capacidade do fabricante em responder às rápidas mudanças dos requisitos do mercado.

Desenvolvimento de embalagens alimentares

A indústria está cada vez mais voltada para as ferramentas computacionais que podem ser incorporadas em todas as fases de desenvolvimento de uma embalagem, desde a conceção e design, a ações de correção ou melhoria do processo de produção, ou até mesmo em fases mais avançadas, como o fabrico e teste do produto final.

No caso de embalagens alimentares, um correto desenvolvimento da embalagem maximiza o seu desempenho, incluindo as suas propriedades de proteção a gases como o oxigénio e o vapor de água, ou a outros contaminantes existentes na natureza, responsáveis pela deterioração do produto alimentar. A implementação de simulações numéricas nos estágios iniciais do desenvolvimento de uma embalagem permite a correção antecipada de eventuais falhas de construção e possibilita a obtenção de uma embalagem com forma, tamanho, peso e performance otimizados, atendendo a todas as especificações impostas ao produto em questão e ao processo associado.

Imagem: Simulação da permeabilidade de gases através de filmes multicamada

Vantagens da aplicação de simulações numéricas

Uma das principais funções de uma embalagem passa pela conservação do seu conteúdo, visando a preservação da qualidade e segurança deste e, assim, prolongar o tempo de vida. O desenvolvimento de protótipos virtuais possibilita a avaliação e teste do comportamento da embalagem em diferentes etapas do seu ciclo de vida, como por exemplo: testes de queda, durabilidade e fadiga, desempenho térmico e estrutural. A análise das embalagens com água ou outros fluidos no seu interior é mais complexa, uma vez que o fluido influencia significativamente o seu desempenho estrutural. Combinando diferentes métodos, a simulação numérica FSI (Fluid-Structure Interaction) permite avaliar a integridade estrutural da embalagem com fluidos, após um teste de queda ou outro esforço mecânico. A partir desta análise é possível otimizar a espessura e design da embalagem, de forma a responder aos requisitos mecânicos.

Para além dos ganhos no processo de desenvolvimento de produto e otimização do seu comportamento, a utilização das ferramentas numéricas também é vantajosa na otimização do processo produtivo. Os processos de manufatura amplamente utilizados na indústria de embalagens, como a termoformação e a moldação sopro, e as peças por estes produzidas, apresentam muitas vezes defeitos como distribuição heterogénea de espessuras, estiramentos/distorção da folha, formação de pregas, entre outros, que podem comprometer o comportamento do produto final. A simulação dos processos de manufatura surge como solução para previsão e correção atempada dos defeitos inerentes à técnica de produção. Possibilita ainda o estudo da influência dos parâmetros do processo no produto final para uma melhor otimização do processo e fornece uma previsão dos tempos a este associado, aprimorando o tempo de produção.

O PIEP recorre à simulação numérica em projetos e serviços na área da embalagem, de forma otimizar o seu desempenho nas mais diversas temáticas (permeabilidade, estrutural e térmico) e otimizar as condições do processo produtivo, alcançando vantagens significativas: minimização de riscos, redução de tempo e custos, e maximização na inovação. Facilita todo o processo de desenvolvimento e permite colmatar as diversas falhas de construção, evitando experiências complexas e testes em protótipos físicos, reduzindo os custos e acelerando o processo de lançamento do produto para o mercado.


 

Autoras:

Susana Costa – Engenheira de Polímeros e Investigadora do PIEP

Filipa Carneiro – Coordenadora da área de Design e Desenvolvimento de Produto do PIEP

Artigo originalmente publicado na Revista InterPLAST de março de 2021.

Saiba mais sobre a I&D da área de Design e Desenvolvimento de Produto do PIEP.

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