Monitoramento de viscosidade em linha para otimização de linhas de envase em produtos de cuidados ao consumidor

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Tabela de conteúdo

• 1. Introdução
• 2. Linhas de enchimento em produtos de cuidados ao consumidor
• 2.1 Principais aplicações
• 2.2 A importância da viscosidade e da densidade nas linhas de envase de produtos de cuidados ao consumidor
• 2.3 Processo de produção/aplicação
• 3. Rheonics Visão geral dos sensores em linha do tipo SR
• 3.1 Certificação higiênica
• 4. Instalação recomendada
• 4.1. Considerações sobre a Instalação Mecânica
• 4.1.1. Requisitos de instalação de SRV e SRD
• 4.1.2. Requisitos adicionais de instalação do SRD
• 4.2. Solução comum por Rheonics
• 5. Condições do Processo e Melhores Práticas
• 6. Referências

Os fabricantes de produtos de cuidado pessoal exigem precisão na formulação e na embalagem para garantir a consistência do produto, a segurança do consumidor e a conformidade regulatória. As linhas de envase são essenciais nesse processo e enfrentam diversos desafios, incluindo o manuseio de produtos com uma ampla gama de viscosidades, a prevenção da formação de espuma ou fios durante a dispensação e a garantia da precisão do conteúdo líquido em diferentes formatos de embalagem.

A variabilidade de viscosidade e densidade nas matérias-primas e no produto final, a sensibilidade à temperatura e a estabilidade entre lotes durante o processo tornam a produção mais complexa. Normalmente, são utilizados métodos tradicionais de amostragem em laboratório, mas estes fornecem insights ocasionais que não conseguem capturar mudanças em tempo real nas propriedades do fluido. Por outro lado, as medições em linha proporcionam visibilidade contínua e em tempo real do processo, permitindo uma resposta de controle mais rápida.

Rheonics Os sensores oferecem vantagens operacionais e econômicas significativas para linhas de envase de produtos de atendimento ao consumidor, indo além da precisão da medição para melhorar a eficiência, a confiabilidade e a economia de custos:

• Meça com precisão a viscosidade, consistência, densidade, concentração e temperatura de produtos de cuidados ao consumidor.

• Proporciona desempenho confiável sob condições de alta pressão e temperatura.

• Compatível com CIP e certificado pela EHEDG, com conexões de processo higiênicas, como Tri-Clamp, Varinline e muito mais.

• Fácil integração com sistemas PLC/DCS via Profinet, Modbus, Ethernet/IP, saídas de 4–20 mA e muito mais.

• Calibrado de fábrica e adequado para qualquer fluido; não requer recalibração.

• Melhore a eficiência da linha, reduza o desperdício de produtos e lotes rejeitados, resultando em um investimento em sensor de compensação já no primeiro ano.

Produtos de cuidado, como xampus, loções, cremes, géis e cremes dentais, exigem um controle preciso da produção. As linhas de envase desses produtos exigem um controle preciso das propriedades reológicas, como viscosidade e densidade. Isso garante a estabilidade do produto e a consistência da dosagem durante o envase e o controle de qualidade.

Esses produtos podem ser categorizados em dois grupos principais: líquidos e semissólidos, e podem ser envasados ​​em diferentes tipos de embalagens, como garrafas, sachês, tubos, potes e aerossóis.

Produtos em cada categoria exigem um tipo específico de embalagem, que exige diferentes técnicas de fabricação. Entre elas:

Recipientes rígidos (garrafas, dispensadores e potes)

Geralmente feitas de plástico e, às vezes, de vidro, estas são as apresentações mais comuns, projetadas para líquidos ralos e produtos cremosos (por exemplo, xampus, condicionadores, detergentes líquidos, sabonetes líquidos, enxaguantes bucais, cremes e loções). Alguns métodos comuns de enchimento são por gravidade, transbordamento, pistão, bombas de cavidade progressiva ou enchimento a vácuo.

Sachês (bolsas flexíveis)

Também comum em produtos líquidos e cremosos, mas popular em mercados de massa por sua apresentação econômica e simples. Requerem diferentes processos de envase, como sistemas de formação-enchimento-selagem (FFS) ou de envase em sachês equipados com bombas dosadoras.

tubos

Comum para produtos semissólidos, como pasta de dente, géis, pomadas e cremes. Os tubos geralmente são feitos de plástico ou alumínio e são preenchidos por um pistão ou bomba e, em seguida, selados.

Latas de spray (Aerossol, Apresentação de atomização)

Encontrado em produtos como desodorantes, espumas de barbear, sprays para cabelo e alguns produtos para a pele. Estes requerem o manuseio tanto da formulação líquida quanto do propelente (gás comprimido ou gás liquefeito).

A viscosidade mede a resistência de um fluido ao fluxo. Em aplicações de envase em produtos de cuidados com o consumidor, ela afeta a forma como os produtos se movem pela linha, a precisão com que são dispensados ​​e a limpeza com que são embalados.

• Precisão de enchimento e precisão de distribuição: A viscosidade determina se um produto flui suavemente pelos bicos ou cria problemas como formação de fios, gotejamento ou respingos.

• Estabilidade e prazo de validade do produto: A viscosidade adequada ajuda as emulsões e suspensões a permanecerem estáveis, evitando separação de fases, sedimentação ou degradação da textura.

Densidade refere-se à massa de um material por unidade de volume. Em aplicações de envase para cuidados com o consumidor, está diretamente relacionada à consistência do produto, à conformidade da embalagem e à qualidade da formulação.

• Controle de conteúdo líquido: A densidade afeta a relação volume-massa, garantindo que os contêineres atendam aos requisitos de peso ou volume declarados e evitando o enchimento insuficiente ou excessivo.

• Consistência da formulação: Variações na densidade podem indicar desvios nas proporções da matéria-prima, efeitos de temperatura ou instabilidades do processo que podem alterar o desempenho do produto.

Todos os processos de envase começam em um misturador ou tanque de preparação, onde o produto é preparado ou armazenado após a produção para manter a mistura e a homogeneização adequadas. Nessa etapa, o monitoramento da densidade e da viscosidade ajuda a garantir a uniformidade do produto, o que impacta diretamente na qualidade do envase e na consistência do lote. A partir daí, a mistura pode ser direcionada para diferentes processos de envase. Normalmente, o produto é primeiro bombeado para um tanque de compensação, onde sensores podem ser instalados ao longo da linha de transferência ou no próprio tanque de compensação para monitorar o produto final antes do envase.

Para processos de enchimento por gravidade e enchimento por transbordamento (Figura 7)Sensores podem ser instalados no tanque de buffer ou na linha de transferência para monitorar as condições do produto antes do enchimento, garantindo que o produto mantenha a fluidez adequada nas linhas de enchimento. Isso garante um desempenho repetível do lote, reduzindo o risco de lotes com falha devido a inconsistências de fluxo.

Para processos de enchimento de aerossol e Form-Fill-Seal (FFS) (Figura 8)Sensores podem ser colocados a montante dos bicos de enchimento para verificar se o produto mantém o estado correto para injeção. O monitoramento nesta etapa ajuda a evitar entupimentos nos bicos e enchimento excessivo ou insuficiente do produto, garantindo o enchimento adequado da massa líquida em sachês e latas de spray.

Também encontramos processos que envolvem fluidos altamente viscosos, como semissólidos ou pastas; exemplos incluem pasta de dente, géis, pomadas e cremes, onde os produtos são normalmente embalados em tubos. (Figura 9), este processo se aproxima mais de um sistema de extrusão: o produto é primeiramente carregado em uma tremonha e, em seguida, alimentado por uma bomba de pistão dosadora que injeta o material no tubo antes de ser selado. Nesta configuração, o sensor pode ser instalado na linha de alimentação do produto ou na tremonha para monitorar as condições do produto e garantir a fluidez adequada através dos bicos injetores. Alternativamente, o sensor pode ser colocado na própria linha de injeção; no entanto, isso só é prático quando o produto é injetado em um processo contínuo, em vez de ciclos de enchimento curtos e unitários.

Rheonics Os sensores do tipo SR (SRV e SRD) fornecem medições contínuas em linha de viscosidade, densidade e temperatura para monitoramento e controle de processos. O SRV foi projetado para medir viscosidade e temperatura, enquanto o SRD adiciona densidade à medição.

Esses sensores são calibrados de fábrica e não precisam de recalibração durante sua vida útil. No entanto, os clientes podem exigir calibração ou verificação para instrumentos utilizados em seu setor como parte do Controle de Qualidade. Reajustes opcionais ou correções de offset podem ser realizados, se necessário, para corresponder a referências específicas.

Todos os sensores são calibrados de fábrica e podem durar toda a sua vida útil sem necessidade de recalibração. No entanto, certos setores podem exigir verificação ou calibração como parte de seus procedimentos de Controle de Qualidade. Além disso, reajustes ou correções de offset podem ser aplicados para alinhamento com padrões de referência específicos. Para mais informações, consulte Calibração do viscosímetro de processo em linha SRV em campo e fábrica.

Rheonics Os sensores funcionam com uma tecnologia patenteada, o Ressonador Torsional Balanceado (BTR). Essa tecnologia oferece vantagens claras em comparação com tecnologias alternativas: os sensores são compactos, leves e resistentes a vibrações externas.

Rheonics Sensores SRV e SRD são soluções comprovadas em linhas de envase de produtos de cuidados pessoais. Eles fornecem medições de viscosidade e densidade em tempo real, garantindo que produtos como xampus, loções, cremes, géis e aerossóis mantenham propriedades de fluxo consistentes durante todo o processo de envase. O monitoramento contínuo em linha melhora a uniformidade entre lotes, minimiza o desperdício de produto e aumenta a eficiência e a confiabilidade geral da linha de envase.

Por padrão, o Rheonics As sondas Tipo SR são construídas com um design mecânico higiênico, o que garante sua adequação para aplicações sanitárias. Quando necessário, também podem ser fornecidas com certificações de organizações reconhecidas como 3-A e EHEDG.

Para mais detalhes, visite Rheonics instalação higiênica e sanitária.

É importante destacar alguns aspectos da instalação que se aplicam tanto Rheonics sensores, SRV e SRD. Independentemente da variante, cada um compartilha o mesmo design de ressonador em todas as suas variantes, e a instalação adequada depende do posicionamento correto da área de detecção das sondas (áreas marcadas em vermelho em Figura 13). Os pontos principais são:

• A área deve estar livre de depósitos ou obstruções

• A área deve estar completamente imersa no fluido de interesse.

Além dos dois requisitos principais acima, o sensor SRD tem duas considerações adicionais:

• Manter a estabilidade térmica quando o fluido e o ambiente externo tiverem um gradiente de temperatura maior que 15°C. (Somente para SRD, mais informações aqui: Manter o equilíbrio de temperatura do SRD para precisão de alta densidade)

• Alinhe a ponta sensora com a direção do fluxo do fluido, conforme mostrado na Figura 14. (Somente para SRD, mais informações aqui: Orientação da extremidade do fluido SRD)

Essas condições podem ser analisadas com mais detalhes no próximo artigo, Instalações adequadas para SRV e SRD.

O método da Rheonics Os sensores Tipo SR possuem um design modular e compacto que permite sua implementação em uma ampla gama de configurações, dependendo das condições da aplicação. Por exemplo:

FET-XXT: Tri-Clamp camiseta cotovelo

Em aplicações com fluidos altamente viscosos ou tamanhos de partículas acima da escala micrométrica, recomenda-se a instalação em cotovelo. Para esses casos, Rheonics oferece o FET (ver Figura 15), um higiênico Tri-Clamp cotovelo em T com porta encurtada que garante a instalação correta do sensor.

O FET foi projetado para o SRV-X3 e SRD-X3, sensores de versão curta com Tri-Clamp Conexões. Está disponível em vários tamanhos (1.5”, 2”, 3”, 4”, etc.) e é fornecido com uma braçadeira e vedação para a sonda. Para mais detalhes, consulte FET-XXT.

HPT-12G: Célula de fluxo higiênica HPHT

Para aplicações higiênicas envolvendo pequenas tubulações ou instalações de mangueiras, Rheonics oferece o HPT-12G (veja Figura 16). Esta célula de fluxo foi projetada para processos de alta pressão e alta temperatura e coloca o sensor em uma configuração de cotovelo usando uma conexão de processo rosqueada.

O HPT-12G é compatível exclusivamente com o SRV-X1-12G, que possui uma conexão roscada G 1/2”. Isso garante uma vedação higiênica confiável com compatibilidade CIP/SIP, tornando-a ideal para aplicações higiênicas. Para mais detalhes, consulte HPT-12G.

Weldolet e ponteira higiênicos para sensores Tipo SR

Uma das configurações mais comuns é a instalação perpendicular em uma tubulação, parede de tanque ou base. Isso normalmente é obtido com portas soldadas. Para aplicações higiênicas, Rheonics oferece soluções dedicadas para ambos Tri-Clamp e conexões de processo G 1/2”. Nestes casos, uma virola mais curta garante a imersão adequada do elemento sensor em comparação com uma virola padrão (consulte Figura 17).

O WFT-15T (ver Figura 18) é um higiênico Tri-Clamp weldolet projetado para sensores com Tri-Clamp conexões de processo. Garante uma vedação confiável e higiênica e a imersão adequada do elemento sensor em aplicações higiênicas. Para mais detalhes, consulte WFT-15T.

O HAW-12G-OTK (ver Figura 19) é um adaptador higiênico weldolet projetado para sensores com conexões roscadas G 1/2”. Ele proporciona uma vedação segura e higiênica e imersão adequada para aplicações higiênicas. Para mais detalhes, consulte HAW-12G-OTK.

Aqui estão algumas considerações importantes para linhas de enchimento em aplicações de produtos de cuidados ao consumidor:

Processo de limpeza e procedimentos CIP/SIP

Em linhas de envase de produtos de cuidados pessoais, depósitos de materiais viscosos, como loções, cremes e géis, podem se acumular gradualmente na superfície de detecção do SRV ou SRD. A inspeção e a limpeza regulares da sonda ajudam a prevenir o acúmulo e a garantir medições estáveis ​​e confiáveis. Orientações sobre métodos de limpeza adequados são fornecidas em Como limpar seu Rheonics sonda?.

Ambos os sensores possuem um design higiênico, tornando-os adequados para integração em sistemas CIP (Clean-in-Place) e SIP (Sterilize-in-Place). Opcionalmente, Rheonics também oferece certificação higiênica.

Partículas e Bolhas

Rheonics Os sensores são robustos contra a presença de partículas macias na escala micrométrica, com impacto mínimo na confiabilidade da medição. A eletrônica do sensor filtra automaticamente pequenas perturbações, embora partículas maiores ainda possam introduzir picos ou ruídos ocasionais que devem ser considerados durante a avaliação dos dados.

No que diz respeito às bolhas, o desempenho difere entre os dois modelos. SRV mantém leituras de viscosidade estáveis ​​mesmo em fluidos borbulhantes, enquanto o SRD, que mede viscosidade e densidade, é mais sensível ao ar aprisionado. Altas concentrações de bolhas não são recomendadas para o SRD, pois podem comprometer a precisão da densidade.

Peças móveis e obstruções

Em tanques de mistura ou processamento que utilizam pás, braços agitadores ou outros agitadores mecânicos, é importante posicionar o sensor SRV ou SRD com espaçamento adequado em relação aos componentes móveis. A distância adequada evita interferências físicas, reduz o risco de danos mecânicos e garante boas condições de medição.

[1] Plastek Group. “Embalagem para cuidados pessoais”.

[2] Accutek Packaging. “Enchimento por transbordamento”.

[3] Indiamart “Máquina automática de embalagem de sacos”.

[4] TWP. “Tipos de vedação de tubos”.

[5] Bratney. “Tecnologia de selagem de enchimento de forma tubular em ascensão”.

[6] Máquinas de primeira classe. “Linha de enchimento de aerossol”.

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