BRPI0408793B1 - Dispositivo e Método de Vedação por Indução para Produzir Embalagens de Produtos Alimentícios Vertíveis - Google Patents

Dispositivo e Método de Vedação por Indução para Produzir Embalagens de Produtos Alimentícios Vertíveis Download PDF

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BRPI0408793B1
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sealing
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layer
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Claudio Ferrari
Antonio Melandri
Saquib Javed
Giorgio Galavotti
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Tetra Laval Holdings & Finance
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Description

“DISPOSITIVO E MÉTODO DE VEDAÇÃO POR INDUÇÃO PARA
PRODUZIR EMBALAGENS DE PRODUTOS ALIMENTÍCIOS VERTÍVEIS” CAMPO TÉCNICO A presente invenção refere-se a um dispositivo de vedação por indução e a método que pode ser usado para produzir embalagens de produtos alimentícios vertíveis.
Em particular, a invenção pode ser usada preferivelmente, embora não exclusivamente, em uma unidade de moldagem-e-vedação, para moldar e vedar embalagens de um tubo de material de acondicionamento laminar, enchido continuamente com um produto vertível.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Como é sabido, muitos produtos alimentícios vertíveis (por exemplo, suco de fruta ou vegetal, leite UHT (tratado por temperatura ultra- elevada), vinho etc.) são vendidos em embalagens feitas de material de acondicionamento esterilizado.
Um exemplo típico deste tipo de embalagem é a embalagem configurada em paralelepípedo, para produtos alimentícios vertíveis, conhecida como Tetra Brik Aseptic®, que é feita dobrando-se e vedando-se uma folha contínua de material de acondicionamento laminado. O material de acondicionamento laminado compreende camadas de material fibroso, por exemplo, papel, cobertas em ambos os lados com camadas de material plástico de vedação térmica, por exemplo, polietileno e, no caso de embalagens assépticas para produtos de longa armazenagem, tais como leite UHT, também compreende, no lado eventualmente contatando o produto alimentício dentro da embalagem, uma camada de material barreira de oxigênio, por exemplo, por folha de alumínio ou EVOH, que é, por sua vez, coberta com uma ou mais camadas de material plástico de vedação térmica.
Como é sabido, tais embalagens são produzidas em máquinas de embalagem totalmente automáticas, sobre as quais um tubo contínuo é formado do material de acondicionamento alimentado por folha contínua; a folha contínua do material de acondicionamento é esterilizada na própria máquina de embalagem, por exemplo, aplicando-se um agente esterilizante químico, tal como uma solução de peróxido de hidrogênio, que, uma vez a esterilização seja completada, é removida, por exemplo, vaporizada por aquecimento, das superfícies do material de acondicionamento; e a folha contínua do material de acondicionamento, assim esterilizado, é mantida em um ambiente estéril fechado e é dobrada e vedada longitudinalmente, para formar um tubo vertical. O tubo é então enchido pelo topo com o produto alimentício vertível esterilizado ou processado estéril e é preso em seções transversais igualmente afastadas por dois pares de garras. Mais especificamente, os pares de garras atuam cíclica e sucessivamente no tubo para vedar o material de acondicionamento do tubo e formar uma tira contínua de almofadas conectadas ente si pelas respectivas faixas de vedação transversais.
As almofadas são separadas cortando-se as faixas de vedação relativas e são então transportados para uma estação de dobragem final, onde eles são dobrados mecanicamente no formato de paralelepípedo acabado.
No caso de embalagens assépticas com uma camada de alumínio como o material barreira, as seções transversais do tubo são normalmente vedadas utilizando-se um dispositivo de vedação para induzir uma corrente elétrica parasítica na camada de alumínio, para fundir o material plástico termicamente vedável localmente.
Mais especificamente, uma das garras de cada par compreende um corpo principal feito de material não-condutivo e um indutor alojado em uma sede dianteira do corpo principal; e a outra garra tem almofadas de pressão feitas de material elasticamente deformável, tal como borracha. O indutor é energizado quando o par relativo de garras prende o tubo, a fim de vedar uma seção transversal do tubo pela vedação da cobertura de material plástico.
Mais especificamente, além do indutor, o dispositivo de vedação também compreende um gerador de sinal energia alternado e um circuito de adaptação para otimizar a transferência de energia entre o gerador e o indutor. O gerador, de fato, supre energia máxima quando o ângulo de fase corrente-voltagem está perto de zero.
Os circuitos de adaptação conhecidos são normalmente definidos por um circuito indutivo-capacitivo, em que um elemento capacitivo (normalmente definido por numerosos capacitores paralelos) é conectado paralelo a um elemento indutivo (normalmente definido por um transformador); e os valores do elemento capacitivo e o valor da indutância do elemento indutivo são selecionados de modo a produzir faseamento, por meio do que o ângulo de fase corrente-voltagem fica próximo de zero. Tal faseamento, entretanto, é melhor para uma carga elétrica predeterminada, associada com as dadas condições operacionais (por exemplo, volume da embalagem, taxa de saída da máquina de encher e velocidade operacional, tipo de indutor etc.).
Conseqüentemente, ao longo de uma variação na carga elétrica causada por condições operacionais variáveis, há um desvio perceptível da ótima condição de faseamento, assim reduzindo a transferência de energia para o indutor.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO E um objetivo da presente invenção prover um dispositivo de vedação, projetado pra eliminar as desvantagens dos dispositivos conhecidos.
De acordo com a presente invenção, é provido um dispositivo de vedação por indução, que pode ser usado para produzir embalagens de produtos alimentícios vertíveis, vedando-se transversal mente um tubo de material de acondicionamento em folha, compreendendo pelo menos uma camada de material aquecível por indução, coberto com material plástico, dito dispositivo de vedação compreendendo: meio de geração para gerar um sinal de energia alternado S(co); pelo menos um indutor recebendo o sinal de energia alternado S(co), para induzir uma corrente elétrica parasítica cm dita camada e localmente fundir dito material plástico, para formar uma vedação transversal; e um circuito de adaptação, para obter ótima transferência de energia entre dito gerador e dito indutor; caracterizado por dito circuito de adaptação compreender um circuito capacitivo, em que pelo menos um elemento indutivo é conectado a pelo menos um elemento capacitivo de capacitância variável; a capacitância do elemento capacitivo sendo ajustável, de modo que o ângulo de fase de corrente-voltagem fique próximo de zero. A presente invenção também refere-se a um método de vedação por indução, que pode ser usado para produzir embalagens de produtos alimentícios vertíveis, por vedação transversal de um tubo de material de acondicionamento em folha, compreendendo pelo menos uma camada de material aquecível por indução, coberta com material plástico, dito método compreendendo as etapas de: gerar um sinal de energia alternado S(co); suprir dito sinal de energia alternado S(co) a pelo menos um indutor, para induzir uma corrente elétrica parasítica em dita camada e localmente fundir dito material plástico para formar uma vedação transversal; e otimizar a transferência de energia entre dito gerador e dito indutor, por meio de um circuito de adaptação; caracterizado por dita etapa de otimizar compreender as etapas de ajustar a capacitância de pelo menos um elemento capacitivo conectado a pelo menos um elemento indutor, de modo que o ângulo de fase de corrente-voltagem fique próximo de zero.
BREVE DESCRICÁO DOS DESENHOS
Uma forma de realização preferida, não limitadora, da presente invenção será descrita como exemplo, com referência aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 mostra um diagrama elétrico simplificado de um dispositivo de vedação por indução, que pode ser usado para produzir embalagens de produtos alimentícios vertíveis; A Figura 2 mostra uma parte do dispositivo da Figura 1 com mais detalhes; A Figura 3 mostra uma variação do dispositivo da Figura 1.
MELHOR MODO DE REALIZAR A INVENÇÃO O número 1 da Figura 1 indica, como um todo, um dispositivo de vedação por indução, que pode ser usado para produzir embalagens de produtos alimentícios vertíveis.
Mais especificamente, o dispositivo de vedação 1 compreende um gerador 3, para gerar um sinal de energia alternado S(CD); um indutor 4, que recebe sinal de energia alternado S(co); e um circuito de adaptação 7, para otimizar a transferência de energia entre o gerador 3 e o indutor 4.
Mais especificamente, o gerador 3 pode, convenientemente, gerar um sinal de voltagem-variável (por exemplo, senoidal) de freqüência média (por exemplo, 530 kHz) com uma voltagem pico em torno de algumas centenas (por exemplo, 540) de volts, pode gerar um sinal de energia alternado pulsado S(co) e suprir máxima energia (por exemplo, 2500 watts) quando o angulo de fase entre a corrente e voltagem (ambas medidas na saída do gerador 3) está próximo de zero. O indutor 4 é convenientemente definido por um enrolamento 10, que recebe sinal de energia alternado S(co), para gerar um campo magnético parasítico em uma folha de alumínio 12 fazendo parte de um tubo vertical 13 (mostrado parcialmente e não em escala), produzido de uma folha contínua apropriadamente conformada de material de acondicionamento laminado. O material de acondicionamento laminado compreende uma camada central 15 de material fibroso (por exemplo, papel), coberta em ambos os lados com um material plástico vedável por calor 16, por exemplo, polietileno; folha de alumínio 12 é interposta entre a camada central 15 do material fibroso e uma das camadas de material plástico 16; e a corrente parasítica funde localmente o material plástico 16 de duas partes contactantes do tubo vertical 13, para vedar o tubo 13 transversalmente. O circuito de adaptação 7 compreende pelo menos um primeiro capacitor 20, interposto entre uma primeira e uma segunda linha elétrica 21, 22; e numerosos capacitores 24, 25, 26, 27 (quatro no exemplo mostrado, porém que pode obviamente ser de qualquer outro número) conectáveis /desconectáveis a/de linhas elétricas 21, 22, com base nos sinais de controle atuando nos respectivos comutadores 24a, 25a, 26a, 27a. O capacitor 20 pode convenientemente ser definido por numerosos capacitores paralelos (por exemplo, três - não mostrados) e pode convenientemente ter uma capacitância em tomo de 14-40 nF.
Mais especificamente, as primeiras extremidades 21a, 22a das linhas elétricas 21, 22 definem a entrada do circuito de adaptação 7 e as segundas extremidades 21b, 22b das linhas elétricas 21, 22 são conectadas aos terminais de extremidade de um enrolamento primário 23 a de um transformador 23 tendo um enrolamento secundário 23b definindo uma saída do circuito de adaptação 7. O transformador 23 preferivelmente tem um núcleo de ferrita e enrolamentos 23a, 23b produzidos de condutores Litz, para reduzir grandemente as perdas internas. O circuito de adaptação 7, portanto, define um circuito indutivo-capacitivo, compreendendo um elemento indutivo (definido pelo enrolamento 23a do transformador 23) paralelo a um elemento capacitivo de capacitância variável, que é modificado conectando-se um ou mais capacitores 24, 25, 27, 27 paralelos ao capacitor 20.
De acordo com a presente invenção, o valor de capacitância do elemento capacitivo é regulada de modo que o ângulo de fase corrente- voltagem fique próximo de zero. A capacitância é convenientemente regulada por um circuito de controle 30, que mede os parâmetros (por exemplo, o valor instantâneo do ângulo de fase corrente-voltagem φ na saída do gerador 3 e/ou a impedância na saída do gerador 3, isto é, a impedância de entrada do circuito de adaptação 7) durante o processo de produção de embalagem, e determina a capacitância alvo Ctarg que o elemento de capacitância deve ter para obter um ângulo de fase corrente-voltagem próximo de zero. A corrente e voltagem são medidas na saída do gerador 3 por um instrumento conhecido (não mostrado), que mede os valores instantâneos de voltagem V, corrente I e ângulo de fase φ.
Um sinal de controle é assim remetido a um ou mais comutadores 24a, 25a, 26a, 27a, para conectar um ou mais capacitores 24, 25, 26, 27 paralelos ao capacitor 20 e obter a capacitância alvo determinada Ctarg.
As variações das condições operacionais, portanto, variam os parâmetros supridos ao circuito de controle 30, que abre/fecha uma predeterminada combinação de comutadores 24a, 25 a, 26a, 27a, de modo que a capacitância total satisfaça a condição acima. A Figura 2 mostra uma forma de realização exemplo de um dos comutadores 24a-27a. Mais especificamente, cada um dos comutadores 24a - 27a compreende um primeiro e um segundo transistor 40a, 40b, tendo emissores (E) conectados entre si, e coletores (C) conectados respectivamente à linha elétrica 21 e a um terminal de extremidade do respectivo capacitor 24 - 27. As portas (G) dos transistores IGBT 40a, 40b são conectadas entre si por uma linha elétrica 42 que, via um resistor 44, recebe o comando em voltagem Vdc (por exemplo, 24 volts), definindo o sinal de controle para ligar/desligar os transistores IGBT 40a, 40b. Um resistor 46 é interposto entre as portas (G) e os emissores (E) dos transistores IGBT 40a, 40b, para descarregar a corrente armazenada nos capacitores internos dos transistores IGBT, quando estes estão desligados. Um diodo Zener 48 é também interposto entre as portas (G) e os emissores (E) dos transistores IGBT 40a, 40b, para limitar a voltagem Vge dos transistores IGBT a um valor máximo predeterminado (por exemplo, 16 volts).
Um diodo de recirculação é interposto entre o coletor (C) e o emissor (E) de cada transistor IGBT, para permitir que corrente flua durante à meia-onda oposta àquela do fluxo direto através do transistor IGBT (que é um dispositivo unidirecional).
Altemativamente, um primeiro e segundo transistor MOSFET (não mostrado) pode ser usado, com as fontes (S) conectadas entre si e os drenos (D) conectados respectivamente à linha elétrica 21 e a um terminal extremo do respectivo capacitor 24 - 27.
Na variação da Figura 3, o dispositivo 1 define um elemento indutivo de indutância variável, paralelo ao elemento capacitivo de capacitância variável.
Na forma de realização não limitadora da Figura 3, a indutância variável é definida por um transformador 23, tendo um enrolamento primário 23a com numerosas entradas 50 associadas com as respectivas espiras e assim produzindo, quando selecionadas, diferentes relações de transformação do transformador 23. As entradas 50 são conectadas seletivamente às linhas 21 e 22 com base em um sinal de controle do circuito de controle 30. Mais especificamente, as entradas 50 são selecionadas para alterar a indutância do circuito de adaptação, de modo que a impedância de entrada do circuito de adaptação 7 (isto é, a impedância “vista” pelo gerador de sinal 3) assume um valor próximo de um valor de impedância ótimo Zott (por exemplo, 50 ohms) para maximizar a transferência de energia do gerador 3 para o indutor 4.

Claims (12)

1. Dispositivo de vedação por indução, que pode ser usado para produzir embalagens de produtos alimentícios vertíveis, vedando-se transversalmente um tubo (13) de material de acondicionamento em folha compreendendo pelo menos uma camada (12) de material aquecível por indução, coberto com material plástico (16), dito dispositivo de vedação compreendendo: - meio de geração (3) para gerar um sinal de energia alternado S(co); - pelo menos um indutor (4) recebendo o sinal de energia alternado S(co) para induzir uma corrente elétrica parasítica em dita camada (12) e localmente fundir dito material plástico (16) para formar uma vedação transversal; e - um circuito de adaptação (7) para obter ótima transferência de energia entre dito meio de geração (3) e dito indutor (4); caracterizado pelo fato de dito circuito de adaptação (7) compreender um circuito indutivo-capacitivo, em que pelo menos um elemento indutivo (23a; 23) é conectado a pelo menos um elemento capacitivo de capacitância variável (20, 24, 25, 26, 27); a capacitância do elemento capacitivo sendo ajustável, de modo que o ângulo de fase de corrente-voltagem fique próximo de zero.
2. Dispositivo de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito elemento indutivo (23) e dito elemento capacitivo (20, 24, 25, 26, 27) serem paralelos entre si.
3. Dispositivo de vedação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de dito elemento capacitivo (20, 24, 25, 26, 27) compreender pelo menos um capacitor principal (20) e numerosos capacitores auxiliares (24, 25, 26, 27) seletivamente conectáveis / desconectáveis paralelos a dito capacitor principal (20).
4. Dispositivo de vedação de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato dos dispositivos de comutação (24a, 25a, 26a, 27a) serem conectados aos respectivos capacitores auxiliares (24, 25, 26, 27) para ligar/desligar os respectivos capacitores auxiliares (24, 25, 26, 27).
5. Dispositivo de vedação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de cada dispositivo de comutação (24a,25a, 26a, 27a) compreender um primeiro e um segundo transistor IGBT (40a, 40b), tendo emissores (E) conectados entre si e coletores (C) comunicando-se respectivamente com uma linha elétrica (21), comunicando-se com o capacitor principal (20) e com um terminal extremo de um respectivo capacitor auxiliar (24 - 27); as portas (G) de ditos transistores IGBT (40a, 40b) sendo conectadas entre si e recebendo um comando de voltagem Vdc para ligar / desligar ditos transistores IGBT (40a, 40b).
6. Dispositivo de vedação de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de pelo menos um resistor (46) ser interposto entre as portas (G) e os emissores (E) dos transistores IGBT (40a, 40b); dito resistor (46) assegurando descarga da corrente armazenada nos capacitores internos dos transistores IGBT, quando estes estão desligados.
7. Dispositivo de vedação de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de pelo menos um diodo Zener (48) ser interposto entre a porta (G) e o emissor (E) de cada transistor IGBT (40a, 40b); dito diodo Zener (48) limitando a voltagem Vgm do transistor IGBT a um predeterminado valor máximo.
8. Dispositivo de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito elemento indutivo (23 a; 23) ter um valor de indutância variável; dito valor de indutância sendo regulado de modo que a impedância de dito circuito de adaptação assuma um valor próximo de um valor de impedância ótimo Zott, por exemplo, de 50 ohms, para maximizar a transferência de energia de dito meio de geração (3) para dito indutor (4).
9. Dispositivo de vedação de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de dito elemento indutivo (23a; 23) compreender um transformador (23) tendo um enrolamento primário (23a) com um número de entradas (50) associadas com as respectivas espiras e assim produzindo, quando selecionadas, diferentes relações de transformação do transformador (23).
10. Dispositivo de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o material de acondicionamento laminado compreender uma camada central (15) de material fibroso, coberta em ambos os lados com um material plástico vedável por calor (16), e uma folha de alumínio (12) interposta entre a camada central (15) e uma das camadas de material plástico (16).
11. Método de vedação por indução, que pode ser usado para produzir embalagens de produtos alimentícios vertíveis, vedando-se transversalmente um tubo (13) de material de acondicionamento em folha, compreendendo pelo menos uma camada (12) de material aquecível por indução, coberto com material plástico (16), dito método compreendendo as etapas de: - gerar (3) um sinal de energia alternado S(co) por meio de um gerador (3); - suprir dito sinal de energia alternado S(co) para pelo menos um indutor (4), para induzir uma corrente elétrica parasítica em dita camada (12) e localmente fundir dito material plástico (16) para formar uma vedação transversal; e - otimizar a transferência de energia entre dito gerador (3) e dito indutor (4) por meio de um circuito de adaptação (7); caracterizado pelo fato da dita etapa de otimizar compreender a etapa de ajustar a capacitância de pelo menos um elemento capacitivo (20, 24, 25, 26, 27), conectado a pelo menos um elemento indutivo (23a, 23), de modo que o ângulo de fase corrente-voltagem fique próximo de zero.
12. Método de vedação de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreender a etapa de regular o valor de indução de dito elemento indutivo, de modo que a impedância vista por dito gerador assuma um valor próximo a um valor de impedância ótimo Zott, por exemplo, de 50 ohms, para maximizar a transferência de energia de dito gerador (3)para dito indutor (4).
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