Una de las principales funciones de los envases-embalajes es la de proteger su contenido durante el transporte en el proceso de distribución del producto. Durante este proceso, el producto-envase-embalaje está sujeto a diversas solicitaciones mecánicas (impactos, vibraciones, deformaciones), solicitaciones climáticas (cambios de temperatura, humedad) y otros como pueden ser (fugas de material y contaminación).

Mejor información para el diseño

Pasos a tener en cuenta para el diseño del envase-embalaje Con el conocimiento adquirido en nuestro ambiente de distribución, se desarrolla una metodología basada en las Normas ASTM D1596 y ASTM D3580 que apuntan a tener en cuenta para el diseño del envase-embalaje el conocimiento de los factores físicos a los que se enfrentará durante el proceso de distribución, para lograr el embalaje más apropiado para un producto determinado. Al momento de diseñar un embalaje debemos tener en cuenta ciertos parámetros.

Conocer los factores mecánicos adversos durante el proceso de distribución
altura de caída del producto-envase-embalaje
Laboratorio: equipos de adquisición de datos alturas posibles de caída cantidad de golpes niveles de impactos sufridos durante el manipuleo	Bibliografía: Peso(Kg.) Altura Nivel I Nivel II 0Kg - 9Kg 120 75 45 10Kg - 19Kg 105 60 37.5 20Kg - 29Kg 90 45 30 30Kg - 36Kg 75 45 22.5 37Kg - 45Kg 560 45 15 46Kg - 90Kg 45 45 7.5 91Kg - 270Kg 30 22.5 15 Más de 270Kg 22.5 15 7.5

Como primer paso debemos conocer los factores mecánicos adversos a los que el conjunto producto-envase-embalaje estará sometido durante la distribución.

Debemos conocer la altura posible de caída de la cual el conjunto puede caer.

La cantidad de golpes que el producto puede llegar a recibir durante el manipuleo y transporte y los niveles de impacto o (nivel de aceleración) que el conjunto puede sufrir durante la distribución.

A todos estos datos los podemos obtener por dos caminos distintos, ya sea en el laboratorio por medio de equipos de adquisición de datos o bien por medio de las Normas en donde se pueden encontrar tabulados los distintos niveles de altura de caída en función del peso del producto, dado que en función de este se determina como el producto será manipulado.
Se puede ver en la tabla que existen tres niveles de caída, (nivel elevado, normal y bajo).
De acuerdo con el nivel de exigencia que se adopte se determina la altura de caída de la cual se ensaya el conjunto producto-envase-embalaje.

Determinar la fragilidad del producto

Laboratorio se definen los valores críticos del producto en respuesta a la vibración y a shock picos de aceleración cambio velocidad

Como segundo paso debemos determinar la fragilidad del producto, dado que en base a esta se determinara la cantidad de material amortiguador que el producto requiere para no sufrir daños.

La fragilidad de un producto normalmente se expresa en niveles de G (aceleración de la gravedad) e indica el nivel más alto de aceleración que puede soportar un producto sin dañarse. Cuanto mas frágil es un producto más bajo es el nivel de G que soporta.

Podemos determinar la fragilidad de un producto en el laboratorio, para esto es necesario someter al producto a una serie de shocks, esto es, se aplican una serie de golpes comenzando desde un nivel bajo y aumentando gradualmente hasta encontrar el impacto más alto que no dañe al producto. Este nivel determina cual es la fragilidad del producto.

Repitiendo este procedimiento para varios puntos, es decir ensayando para diferentes niveles de aceleración y cambios de velocidad obtenemos la curva de fragilidad del producto. Gráficamente se representa sobre uno de los ejes los picos de aceleración y sobre el otro los cambios de velocidad a los que se somete el producto.

Uniendo todos los puntos obtenemos una curva que nos delimita una zona sin daño y otra donde si el producto recibe un shock de este tipo se romperá.

En algunos casos, para ciertos productos puede ser necesario determinar la curva de fragilidad en más de una dirección, dado que no es extraño que un producto presente mayor fragilidad en un sentido que en otro. Del mismo modo los productos muy similares deben ensayarse individualmente debido a que no se puede asumir la misma fragilidad para ambos, por más similares que sean.

Es necesario conocer la curva de fragilidad de cada producto en el momento del diseño, dado que si asumimos un nivel de picos de aceleración más alto que el real (es decir una curva superior) estaremos diseñando un embalaje que si durante el manipuleo y transporte sufre de algún shock de estas características no será capaz de proteger al producto. Del mismo modo si asumimos una curva de fragilidad cuyos límites estén por debajo de los reales estaremos sobredimensionando el embalaje, lo que redunda en un costo adicional innecesario.

Otra forma de obtener la fragilidad de un producto es por medio de Normas, en donde se encuentran tabulados los valores de fragilidad en rangos de picos de aceleración en función del tipo de producto.

Esto no es tan preciso como los resultados obtenidos en el laboratorio pero dan una idea del nivel de fragilidad del producto que se va a transportar.

En la tabla podemos ver como se encuentran separados por categorías que van desde productos extremadamente frágiles como puede ser el altímetro de un avión hasta productos muy fuertes que resisten altos niveles de shock como por ejemplo las herramientas de máquinas.

Equipo de Shock Estas curvas se obtienen en el laboratorio por medio del equipo de shock, el que permite aplicar al producto a ensayar un pico de aceleración en un muy corto lapso. En este equipo se fija el producto a ensayar y se lo somete a una serie de impactos.

Curvas de absorción de impacto

Resultado de pruebas dinámicas para evaluar la capacidad de absorción del golpe del amortiguador Norma ASTM D1596

Una vez conocida la altura de caída posible a la que puede estar sujeto el producto y la fragilidad del mismo queda por determinar las características fundamentales del amortiguador.
Con todos estos datos se determinará la cantidad de material amortiguador que será necesaria para la protección adecuada del producto.
Para esto debemos poder determinar las curvas de amortiguamiento dinámico del material.
En el laboratorio por medio del equipo de material amortiguante se ensayan los distintos materiales hasta encontrar el más adecuado.
Sobre cada material se ensaya para diferentes espesores obteniendo curvas de amortiguamiento dinámico como se pueden ver.
El ensayo consiste en someter a una muestra del material amortiguante de dimensiones determinadas por Norma a una serie de golpes registrando en cada caso el valor de aceleración obtenido, en términos mas simples, este ensayo representa un producto que cae sobre un amortiguante desde una altura probable de caída durante su distribución.

Equipo de Material Amortiguante

Drop Dynamic Testing Machine for Package Cushioning Materials

Este es el equipo donde se ensayan las muestras de material amortiguante.

Hipótesis: altura 30cm
aceleración crítica del producto 40G

En el cuadro podemos ver como ejemplo el caso de un producto cuya fragilidad o aceleración crítica es de 40 G o 40 veces la aceleración de la gravedad y que cae desde una altura de 30 cm, caída que es probable que ocurra durante su manipuleo y transporte. Trazando una línea a este nivel de fragilidad vemos que el gráfico se divide en dos zonas, una zona superior donde el amortiguador no será capaz de amortiguar el shock, siendo probable la aparición del daño en el producto y la zona inferior donde el embalaje absorberá parte del impacto y el producto no sufrirá ningún daño.

La presión estática está dada por la relación entre el peso del producto y la superficie sobre la que apoya, al adoptar para el diseño un valor de presión estática estaremos determinando el área de amortiguante sobre la que el producto va a estar apoyado.

El valor más alto de presión estática dentro del rango de amortiguamiento dará lugar al diseño mas económico dado que se utilizará la menor cantidad de material amortiguador para proporcionar la protección adecuada y de esta forma bajar los costos de diseño.

En la mayoría de los casos será necesario adecuar el diseño para proteger cada una de las caras del producto.

Si en lugar de diseñar teniendo en cuenta el límite superior de la presión estática se lo hiciera utilizando el límite inferior se necesitaría una mayor cantidad de amortiguador para lograr la misma protección, es decir, aumenta el área de contacto entre el amortiguador y el producto mientras que el espesor sigue siendo el mismo, lo que se traduce en un aumento de volumen de material que implica mayores costos. Incluso se puede observar que es posible usar un volumen mas pequeño de amortiguador aumentando un poco su espesor, de esta forma diseñar con una presión estática mayor disminuyendo el área de contacto entre producto-amortiguante.

En muchos casos donde ya existe un diseño conformado no es común que se realice este tipo de cambio dado que el aumento que resulta en los gastos de envío debido al aumento de volumen del embalaje es a menudo mayor que el ahorro en los costos de material amortiguador. Esta es una de las razones por la cual diseñar con el mínimo espesor de amortiguador es lo habitual.

Realizando este procedimiento para varios materiales se pueden realizar comparaciones de modo de obtener la solución mas económica.

Transmisibilidad de la vibración

Estas curvas permiten conocer el rango de frecuencias a través del cual se produce la amplificación del daño producido por la vibración aplicada al producto-material amortiguante. Norma D3580 ASTM

Durante la distribución el producto está sometido a vibraciones que le imprime el camino, estas vibraciones son transmitidas al producto a través del envase-embalaje. Su estudio permite definir si se presentan o no las frecuencias a través de las cuales se producirá la amplificación del daño en el producto.

Este efecto debe tenerse en cuenta en el momento del diseño cuando se trate de productos que sean susceptibles a daños debidos a las vibraciones. Para esto es necesario conocer las curvas de transmisibilidad del conjunto producto-material amortiguador y la curva de resonancia crítica del producto a transportar. Esta curva de transmisibilidad muestra la frecuencia natural para la combinación producto/material amortiguador de una combinación carga estática especifica/espesor del amortiguador.

Con estas curvas es posible conocer el rango de frecuencias a través del cual se produce la amplificación del daño producido por la vibración aplicada al producto-material amortiguador.

Hipótesis: altura 30cm
frecuencia crítica del producto 90Hz

En el ejemplo citado se puede ver que la máxima transmisibilidad ocurre a los 30 Hz, mientras que a 90Hz empieza la zona de atenuación del amortiguador. Como se puede ver la frecuencia critica del producto se encuentra cercana a los 100Hz, frecuencia para la cual el amortiguador esta en la región de atenuación proporcionando de esta forma la protección adecuada, mientras que para el rango de frecuencias que se encuentran debajo del rango de amplificación no habrá amortiguación, es decir el amortiguador pasara la vibración al producto sin ningún cambio.

Es importante tener en cuenta estas curvas dada que si ambos picos llegasen a coincidir se estaría en la condición critica del producto, y el amortiguador en lugar de protegerlo contribuiría a aumentar la vibración provocando la rotura del mismo.

Transmisibilidad de la vibración

Teniendo en cuenta estas curvas podemos obtener un gráfico donde existe una franja sombreada que abarca para cada carga estática el rango de frecuencias donde la transmisibilidad de la vibración es mayor que el doble de la real. Dentro de esta zona el amortiguador en lugar de atenuar la vibración la amplifica sometiendo al producto a una vibración mas severa que la que le aplica el transporte.

Para las frecuencias que se encuentran por debajo de esta zona el amortiguador no cumple con ninguna función dado que somete al producto a la misma frecuencia que le aplica el transporte, mientras que si la frecuencia critica del producto esta dentro del rango de frecuencias superiores al de la región sombreada el amortiguador se encargara de absorber parte de la vibración que el transporte le aplica haciendo menos severa la vibración y disminuyendo la posibilidad de que ocurra el daño.

Propiedades del material amortiguante

Curvas de absorción de impacto

Transmisibilidad de la vibración

Realizando estos ensayos obtenemos las curvas características del material amortiguador. Las que se van a utilizar para el diseño.

Diseño del envase-embalaje

Una vez obtenidas la altura probable de caída, la fragilidad del producto y las curvas características del amortiguador se pasa a la etapa de diseño.
Cada diseño de embalaje se debe desarrollar por separado dado el gran número de variables implicadas en él.

Efectos a tener en cuenta en el diseño

• Aplastamiento por compresión
• Compresión no uniforme
• Efectos de la temperatura

Cuando se diseña tomando el valor de carga estática más alto hay que tener en cuenta tres factores que pueden afectar sobre la protección del producto, estos son:

- El aplastamiento por compresión:
Que está dado por la pérdida gradual de espesor que un material puede experimentar si está expuesto a una compresión constante por un período prolongado de tiempo.
Este aplastamiento da lugar a que el empaquetado se afloje creando un movimiento excesivo del producto durante la distribución.

- Otro efecto es la compresión no uniforme del amortiguador. Cuando esto ocurre la energía del impacto no se transmite uniformemente a través del amortiguador, esto hace que algunas zonas reciban mayor impacto que otras pudiendo dañar el producto.

- Por último, cuando el conjunto envase-embalaje es expuesto a temperaturas extremas por un tiempo considerable sus propiedades pueden verse afectadas. En estos casos puede llegar a ser necesario compensar estos efectos durante el diseño.

Comportamiento del diseño

• Prototipo
• Prueba del diseño

Todas las determinaciones realizadas hasta aquí para el conjunto producto-material-amortiguador fueron hechas sin tener en cuenta ninguna contribución del embalaje que no sea por el amortiguador, por esta razón es recomendable que el diseñador construya y pruebe un prototipo de su diseño para determinar el funcionamiento real, y en caso de exceder con las necesidades se puede rediseñar y abaratar los costos.
Es importante tener en cuenta que cualquiera sea el cambio que se produzca se debe probar y verificar su correcto funcionamiento.

Seguimiento:

• Controlar el correcto funcionamiento del envase-embalaje
• Cambios en la cadena de distribución

Por último, para asegurarse de que todo funciona bien es importante vigilar el comportamiento del diseño en su uso real, verificando que el producto llegue a destino en buenas condiciones, sin daños y de esta forma poder determinar si el embalaje es el adecuado o no y en caso de que sea necesario realizar los cambios convenientes.

De esta manera se tiene un indicador de la perfomance del diseño que contribuye a mejorar el funcionamiento del conjunto envase-embalaje.

Se debe tener en cuenta también cualquier cambio ocasionado en la cadena de distribución que pueda afectar al conjunto producto-envase-embalaje como puede ser el tipo de transporte utilizado.

Concientizar a las empresas, en el estudio del producto-envase-embalaje

Con todo esto apuntamos a concientizar a las empresas en el estudio del producto-envase-embalaje de manera de que puedan garantizar la entrega del producto en destino en buenas condiciones reduciendo a un mínimo los costos de embalaje.
Para esto en los laboratorios de CITENEM se quiere impulsar el mejor aprovechamiento del material amortiguador a partir del conocimiento de su performance durante el transporte en la distribución física.

Por: Norma Rodriguez y Miguel Rossi (Área Almacenamiento, Manipuleo y Transporte del CITENEM)

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