Embalagem de vidro

Capítulo II– EMBALAGEM DE VIDRO

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Capítulo II – EMBALAGENS DE VIDRO

1. Propriedades e características 11

2. Interacção embalagem/alimento 13

3. Processos de fabrico e de formação 14

4. O ambiente e a embalagem de vidro 18

5. Controlo da qualidade 18

5.1. Determinação da distribuição de espessuras 20

5.2. Determinação do peso e capacidade volumétrica 20

5.3. Caracterização dimensional 21

5.4. Resistência ao choque térmico 21

5.5. Resistência à pressão interna 22

5.6. Resistência à carga vertical 22

5.7. Resistência ao impacto 23

5.8. Cor e transmissão de luz 23

5.9. Outros 24


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1. PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS

O vidro terá sido descoberto pelo Homem de uma forma ocasional, estando a sua origem

ligada à produção de metais. A queda de sobras de escórias a altas temperaturas sobre a areia

terá produzido a primeira peça de vidro. A peça mais antiga de vidro foi encontrada no Egipto e

data de 12000 anos A.C.. Trata-se de um revestimento vítreo de cor verde aplicado sobre

pedras.

O vidro resulta da fusão de diversas matérias – primas e quando arrefecido, transforma–se

num produto duro, transparente, homogéneo, estável, amorfo (não cristalizado) e isotropo (que

possui propriedades idênticas em todas as direcções). É constituído por três elementos

básicos: sílica, cálcio e sódio, sendo por isso denominado por vidro sílico–cálcico–sódico.

• A sílica, proveniente da areia, sob a forma de óxido de silício é o elemento estruturante ou

vitrificante. A sílica funde à temperatura de 1800 °C e quando pura apenas permite a

obtenção de um vidro que não pode ser transformado em objectos moldados.

• sódio, na forma de carbonato de sódio ou hidróxido de sódio, actua como fundente para

reduzir a elevada temperatura de fusão da sílica. Outro elemento fundente utilizado é o

carbonato de potássio.

• cálcio, na forma de carbonato de cálcio, actua como estabilizante para melhorar a

resistência ao ataque de agentes químicos e permitir a moldagem. Outros elementos

estabilizantes utilizados são o carbonato de magnésio e o óxido de alumínio.

• Outros; para facilitar a libertação dos gases que se produzem nas reacções químicas, na

massa do vidro em fusão, torna-se necessária a adição de afinantes. Os mais correntes

são o sulfato de sódio o nitrato de sódio, e o espato–fluor. Para descorar o vidro usam-se

descorantes como o selénio e o cobalto. Para conferir cor ao vidro há vários corantes

como a cromite e o óxido de ferro para o vidro verde, o carvão e o sulfureto de ferro para o

vidro âmbar, o selénio para o vidro vermelho e o óxido de cobre para o vidro azul.

Às matérias primas pode-se adicionar casco de vidro (resíduos) proveniente do ciclo de

produção (quebras nas linhas de enchimento) e de sistemas de recolha pós–consumo. Ao

reciclar os resíduos de vidro:

- Evita-se que o vidro tenha como destino final o aterro sanitário, valorizando-se os seus

resíduos

- Reduz-se o consumo de matérias primas


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- Reduz-se o consumo energético (porque o casco funde a uma temperatura inferior à

necessária para fundir as matérias-primas primárias).

- Reduz-se as matérias primas carbonatadas, o que implica uma redução nas emissões de

CO2

- Aumenta-se o tempo de vida do forno de fusão do vidro

TABELA I - FABRICO DE VIDRO: MATÉRIAS – PRIMAS E SUAS FUNÇÕES

FUNÇÃO MATÉRIA PRIMA COMPOSTO QUÍMICO ACTIVO ACÇÃO

VITRIFICANTE AREIA SÍLICA – SiO2 Elemento estruturante

FUNDENTE SODA ÓXIDO DE SÓDIO – Na2O Ajuda a fusão da sílica

CALCÁRIO ÓXIDO DE CÁLCIO - CAO Estabiliza quimicamente

DOLOMITE ÓXIDO DE MAGNÉSIO - MgO

Estabiliza, melhora aspropriedades mecânicas dovidro, melhora o manuseamentodo vidro (patamar de trabalho)ESTABILIZANTES

FELDSPATO ÓXIDO DE ALUMÍNIO – Al2O3

Estabiliza. Contraria adesvitrificação. Confere maisbrilho. Aumenta a resistênciamecânica e química do vidro(durabilidade)

SELÉNIO SELÉNIO METÁLICO - Se

DESCORANTESCOBALTO

OXIDO DE COBALTO –

CO2O3

Em meio oxidante e em conjuntocom o cobalto, descora o vidroflint (branco)

CROMITE ÓXIDO DE CRÓMIO – Cr2O3

PORTAFER ÓXIDO DE FERRO – Fe2O3

Aplicados em conjunto paraconferir a cor verde

CARVÃO CAplicado em conjunto com osulfato de sódio para conferir acor âmbar.

SULFURETO DE FERRO Vidro âmbar

ÓXIDO DE COBRE - CuO Vidro de azul

CORANTES

SELÉNIO Vidro vermelho

SULFATO DE

SÓDIONa2SO3 Ajuda a fundir e afinar o vidro

NITRATO DE SÓDIO NaNO3 Afinar o vidroAFINANTES

ESPATO - FLUOR FLUORETO DE CÁLCIO CaF2 Ajuda a fundir e afinar o vidro

É importante sob todos os aspectos que produtor e cliente usem terminologias comuns no que

respeita ao vidro de embalagem, características técnicas, especificações e defeitos. Existem

para o efeito normas onde se define a linguagem básica do vidro de embalagem (NP 3548).


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FIGURA 1. Nomenclatura das embalagens de vidro

2. INTERACÇÃO EMBALAGEM/ALIMENTO

O vidro é considerado como o material de maior inércia química para contacto alimentar, isto é,

que não cede substâncias ao alimento nem que absorve compostos do alimento. Os principais

compostos extraídos para soluções aquosas são o sódio e o potássio, que não têm efeitos

significativos nas características organolépticas ou a nível da segurança dos alimentos.

A contaminação por chumbo ou por cádmio é extremamente difícil de ocorrer dos alimentos,

uma vez que estes metais raramente entram na composição do vidro para contacto alimentar.

Isto, já não é verdade para os cristais que têm na sua composição estes metais pesados.


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Bebidas alcoólicas em garrafas de cristal, nomeadamente licores e vinho do Porto, podem

adquirir teores em chumbo elevados após tempos de contacto relativamente curtos: teores

iniciais da ordem dos 30 ppb podem elevar-se a cerca de 100 ppb após apenas 4 horas de

contacto.

3. PROCESSOS DE FABRICO E DE FORMAÇÃO

O processo de fabrico da embalagem de vidro inicia-se com a mistura das matérias primas, de

acordo com as proporções necessárias ao fabrico do vidro pretendido. A esta mistura são

adicionados casco pós-consumo, resíduos de embalagem de vidro adquirido a terceiros e

casco industrial, ou seja vidro resultante de quebras nas linhas de enchimento ou produto não

conforme. As matérias primas e o casco são então introduzidos no forno de fusão e o material

fundido resultante é moldado e recozido. O recozimento é a operação que se destina a libertar

o vidro de tensões internas que tornam a garrafa frágil e pouco resistente à quebra. Antes e

após o recozimento é aplicado um tratamento de superfície, a quente e a frio, respectivamente.

No final é feita a inspecção e o controlo da qualidade das embalagens.

O vidro usado para a fabrico de garrafas tem aproximadamente a seguinte composição de

óxidos:

TABELA II – COMPOSIÇÃO DO VIDRO

Silício SiO2 70-72%

Sódio Na2O 12-14%

Cálcio CaO 9-11%

Magnésio MgO 0-3%

Alumínio Al2O3 1-2%

Potássio K2O 0-1%

FIGURA 2. Diagrama da produção da embalagem de vidro

��

��

��

CaO

Outros

Na2O

SiO2

1 534

2

6

108 9711


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Legenda:

1- Câmara de regeneração (recuperação de calor)

2- Forno de fusão

3- Forno e linhas de produção

4- Canal de transporte e condicionamento térmico do vidro

5- Máquina de moldagem

6- Tratamento de superfície a quente

7- Arca de recozimento

8- Tratamento a frio

9- Postos de inspecção

10- Paletização automática

11- Cobertura e retractilização da palete

O processo de fabrico do vidro inclui diferentes fases:

FASE I

• RECEPÇÃO, PESAGEM E MISTURA das matérias-primas

As matérias-primas são colocadas em silos, pesadas, misturadas e de novo ensiladas à

entrada de cada forno.

FASE II (operações da zona quente)

• FUSÃO

As matérias primas fundem-se no forno (1400 – 1500°C) por acção de queimadores a fuel ou a

gás natural. O ar necessário para a combustão é pré-aquecido na câmara de regeneração, por

aproveitamento dos gases de combustão, para economia de energia (1 da Figura2). O tanque

de fusão (3 da Figura2) é construído à base de blocos refractários resistentes a altas

temperaturas. A capacidade de fusão dos fornos varia entre 7 a 10 anos em função da

utilização.

• AFINAGEM DO VIDRO FUNDIDO

Aumento da temperatura para libertação de gases (1550 – 1580°C), que causariam bolhas

(inclusões gasosas) na garrafa.

• CONDICIONAMENTO TÉRMICO DO VIDRO

Arrefecimento lento para homogeneização da matéria e aumento da viscosidade (4 da

Figura2). O vidro está preparado para ser moldado.


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• ALIMENTAÇÃO DO VIDRO À MÁQUINA DE MOLDAGEM

Formação da “gota” e corte. A gota tem um formato adequado à forma final que a garrafa vai

ter.

• MOLDAGEM EM MÁQUINA

O vidro é moldado a 600°C. O processo inicia-se com o corte da “gota” de vidro efectuado por

tesouras. A gota é introduzida num primeiro molde onde se forma a marisa da garrafa definitiva

e um esboço do corpo da embalagem (pré-forma); num segundo molde, ou molde final forma-

se a embalagem no formato definitivo (5 da Figura 2).

O vidro pode ser formado pelo processo sopro-sopro ou pressão-sopro. No processo sopro-

sopro (Figura 3) tanto a formação definitiva da marisa e o esboço da embalagem (primeiro

molde), como a formação da embalagem definitiva (segundo molde) são feitas por acção de ar

comprimido.

FIGURA 3. Processo de formação sopro-sopro

No processo por pressão-sopro (Figura 4) a formação da garrafa processa-se igualmente em

dois passos, embora a formação da marisa definitiva e a pré forma do corpo da garrafa sejam

feitas por acção de um punção, ou êmbolo, que

força o vidro contra as paredes do molde. A forma

final da garrafa é feita num segundo passo

idêntico ao processo sopro-sopro, ou seja por

acção de ar comprimido.

FIGURA 4. Processo de formação prensado-

soprado


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• TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE A QUENTE

Este tratamento (6 da Figura 2) a cerca de 400°C promove o aumento da resistência mecânica

e consiste na aplicação de um composto metálico sob a forma vaporizada em corrente de ar

seco sobre o artigo de vidro. Os compostos metálicos mais comuns são o tetracloreto de

estanho ou de titânio. Este tratamento é normalmente aplicado em garrafas sem retorno para

líquidos fortemente carbonatados como a cerveja e refrigerantes.

• RECOZIMENTO

Na arca de recozimento (7 da Figura 2) a embalagem é aquecida a cerca de 520ºC e de

seguida sujeita a um arrefecimento controlado, para eliminação de tensões internas criadas

durante a moldagem.

FASE III (operações da zona fria)

• TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE A FRIO

Este tratamento aplica-se a todos os artigos de vidro de embalagem e destina-se a aumentar a

lubricidade das garrafas, evitando assim o atrito que danifica a superfície do vidro. Facilita o

transporte nas linhas de produção desde a lavagem, o enchimento, a etiquetagem e o fecho.

São aplicados produtos como o ácido oleico ou polietileno (8 da Figura 2).

• CONTROLO DA QUALIDADE EM LINHA

Após as operações de produção, os artigos de vidro são submetidos a processos de inspecção,

escolha e separação de embalagens com defeitos por meios visuais, manuais e automáticos (9

da Figura 2).

FASE IV (produto final)

• PALETIZAÇÃO

Após a inspecção, a produção é paletizada: as garrafas são conduzidas a um paletizador onde

são agrupadas e colocadas em cima de separadores de madeira prensada, cartão ou plástico e

empilhadas numa palete (estrado de madeira de dimensões normalizadas) para poderem ser

movimentadas (10 da Figura 2). A palete é depois coberta com plástico estirável ou

termoretráctil para estabilidade e unitização da carga.


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4. O AMBIENTE E A EMBALAGEM DE VIDRO

As embalagens de vidro são reutilizáveis e recicláveis. O vidro permite a lavagem e

desinfecção usando temperaturas elevadas e agentes químicos de limpeza que garantem uma

superfície limpa para voltar a contactar com bebidas sem por em risco a segurança alimentar.

As garrafas de vidro para reutilização têm de ser mais pesadas (consumindo assim mais

matérias-primas e energia) do que as garrafas não retornáveis e o processo de limpeza

também acarreta impacto no ambiente.

As garrafas de vidro podem também ser recicladas, sem perda das características mecânicas.

Assim a inclusão de casco no fabrico de garrafas permite a economia de recursos energéticos

e de matérias-primas. Por cada tonelada de casco são poupadas cerca de 1200kg de matérias-

primas e 130kg de fuel; e a quantidade de resíduos é reduzida em 1000kg.

O vidro sendo um material inorgânico e incombustível, não produz alterações biológicas ou de

contaminação da atmosfera aquando da sua incineração mas não contribui para a produção de

energia térmica. Para além disso em termos ambientais, a sua degradação química e erosão

física é muito lenta e inócua.

5. CONTROLO DA QUALIDADE

A garantia da qualidade e o seu controlo é assegurada de duas formas:

- por inspecção a 100% e contínua de toda a produção utilizando meios humanos

(inspecção visual) e mecânicos para a eliminação de defeitos do vidro e de moldação.

- por controlo estatístico, por amostragem, para detecção de defeitos e aprovação de lotes

e com recurso a ensaios laboratoriais.

Para identificar e classificar os defeitos, os lotes de garrafas são objecto de controlo por

atributos e os defeitos são classificados em três classes:

- CRÍTICOS: defeitos que podem tornar uma embalagem gravemente perigosa para a saúde e

segurança do consumidor do produto nela contido, ou originar avarias graves no

equipamento de enchimento.

- ABSOLUTOS OU MAIORES: defeitos que podem tornar uma embalagem incapaz de suportar

com êxito as condições de utilização ou diminuir o rendimento do enchimento.

- RELATIVOS OU MENORES: defeitos que não cabem nas definições das duas classes

anteriores. Tratam-se habitualmente de defeitos de aspecto.


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TABELA III – CLASSIFICAÇÃO DE DEFEITOS EM EMBALAGENS DE VIDRO

CRÍTICOS MAIORES MENORES

Agulha

Trapézio

Escamas de vidro no interior

Fundo falso

Rebarba cortante

Dimensões da marisa

Verticalidade

Ovalização

Estrangulamento interior do gargalo

Distribuição da espessura

Costuras grossas

Sedas

Bolha

Fissura

Altura fora das tolerâncias

Diâmetro do corpo fora das tolerâncias

Embocadura fora das tolerâncias

Arrepanhado

Martelado

Estriado

Marca do molde

Bolha

FIGURA 5. Exemplos de defeitos em embalagens de vidro

O Controlo de Qualidade deverá dispor de um laboratório para medida de todas as

características dimensionais, testes de resistência à pressão interna, choque térmico, carga

vertical e impacto. Este tipo de amostragem permite aprovar com segurança toda a produção.

• -ESPECIFICAÇÕES-

Cada embalagem de vidro obedece a especificações relacionadas com as dimensões, peso e

capacidade volumétrica, ensaios de resistência mecânica e térmica e propriedades ópticas:


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TABELA IV – ESPECIFICAÇÕES DE EMBALAGENS DE VIDRO

CARACTERÍSTICAS DIMENSIONAIS,

PESO

E

CAPACIDADE VOLUMÉTRICA

Altura

Diâmetro do corpo

Diâmetro da embocadura

Horizontalidade da marisa

Verticalidade da garrafa

Peso

Capacidade total ou à boca

Capacidade nominal ou útil

Nível de enchimento

Distribuição de espessura

PROPRIEDADES MECÂNICAS Resistência ao impacto

Resistência à pressão interna

Resistência à carga vertical

PROPRIEDADES TÉRMICAS Resistência ao choque térmico

PROPRIEDADES ÓPTICAS Cor

Transmissão de luz

5.1. Determinação da distribuição de espessuras

O ensaio consiste na medição electrónica ou por contacto, da espessura da parede da garrafa

em diferentes pontos desde a marisa até ao fundo. A importância deste ensaio está

relacionada com a tendência para redução da espessura com vista à redução do peso e

consequentemente do custo. A espessura influencia a resistência das embalagens ao choque

térmico, à pressão interna e ao impacto.

5.2. Determinação do peso e capacidade volumétrica

O ensaio consiste na pesagem da garrafa vazia e na determinação do volume de água contido

na embalagem quando esta é cheia até um determinado nível. A determinação do peso da

garrafa é importante como medida do controlo do processo de produção para verificar o estado

do equipamento, verificar o processo de fabrico, cálculo da tonelagem dos fornos, corrigir

eventuais desvios de fabrico. A capacidade volumétrica é importante para garantia da

quantidade de produto embalado.


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5.3. Caracterização dimensional

Este ensaio consiste na medição de todas as dimensões da embalagem, pre-estabelecidos em

normas técnicas ou em cadernos de encargos entre o produtor e o utilizador (NP 3549 e 3315).

São exemplo deste tipo de ensaio a determinação de:

- Diâmetro do recipiente

- Diâmetro da marisa

- Verticalidade

- Ovalidade

- Etc.

5.4. Resistência ao choque térmico

O ensaio consiste na determinação da resistência das garrafas a uma variação brusca de

temperatura. As embalagens são imersas num tanque de água quente durante 5 minutos e

seguidamente são transferidas para um tanque de água fria durante 30 segundos (NP 3314). É

um método muito importante no controlo da qualidade de embalagens que vão ser sujeitas a

enchimento a quente, pasteurização e esterilização.

A resistência das embalagens ao choque térmico é directamente influenciada pela espessura

do vidro. Quando por exigência do processo de enchimento na indústria alimentar, o vidro é

aquecido e a seguir arrefecido, sofre um choque térmico que origina tensões que podem levar

à ruptura da embalagem. As fracturas estendem-se da base da embalagem ao longo do corpo

e não são irradiais.

FIGURA 6. Resistência ao choque térmico FIGURA 7. Esquema de origem e progressãode fracturas por choque térmico

QQFF FF

ArrefecimentoArrefecimento

bruscobrusco

AquecimentoAquecimento

bruscobrusco


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5.5. Resistência à pressão interna

As embalagens são submetidas a uma pressão hidrostática crescente até à ruptura ou até que

se atinja a pressão final pré–seleccionada. A fractura tem origem na parede externa, com trinca

vertical. A trinca estende-se para cima e para baixo em várias direcções. Este ensaio é

importante no controlo da qualidade de embalagens que vão ser sujeitas a uma pressão interna

elevada (bebidas gaseificadas e produtos que sofrem tratamento térmico) (NP 3550).

A resistência à pressão interna é influenciada por diferentes factores:

- Espessura e distribuição do vidro nas paredes

- Condições de superfície externa (idade)

- Formato da garrafa

FIGURA 8. Esquema de origem e evolução de fracturas por pressão interna.

5.6. Resistência à carga vertical

Neste teste as embalagens são submetidas

a uma carga vertical crescente até à ruptura

ou até ser atingido o nível de carga pré–

seleccionado. Este ensaio é importante na

avaliação da resistência ao empilhamento e

à carga vertical na linha de enchimento ou

de aplicação do fecho (NP 3551). As

características da garrafa que mais

influenciam esta característica são o formato

do ombro e a espessura da parede.

FIGURA 9. Influência do formato do ombro na

resistência à carga vertical.

Micro-fissurasMicro-fissuras


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5.7. Resistência ao impacto

Neste ensaio, as garrafas são sujeitas ao impacto de um pêndulo. O

pêndulo em repouso, a uma determinada altura, possui uma energia

potencial e, quando liberto, realiza trabalho pela força da gravidade.

Este trabalho é absorvido pela embalagem sob a forma de impacto. O

método de ensaio baseia-se no aumento progressivo da velocidade de

impacto até que a embalagem quebre. Este teste é particularmente

importante na avaliação da resistência das embalagens (ombro e

calcanhar) nas linhas de enchimento. Os factores que influenciam os

resultados do ensaio têm a ver com a espessura da parede, diâmetro

da embalagem e com a existência de zonas vulneráveis.

FIGURA 10. Esquema de origem e evolução de

fracturas por impacto.

5.8. Cor e transmissão de luz

O vidro possui uma determinadas cor obtida à custa de agentes químicos introduzidos durante

o processo de fabricação (ver TABELA I). As diferentes cores do vidro conduzem a

características de transmissão de luz diferentes.

A transmissão de luz é determinada num Espectrofotómetro de UV/VIS. Em termos de

transmitância, a Figura 12 mostra como o vidro de cor âmbar é o que menos deixa atravessar a

radiação ultra-violeta e visível e por isso oferece maior protecção.

Este factor é importante na conservação de alguns produtos que devem ser protegidos de

determinados comprimentos de onda do espectro solar.

FIGURA 11. Transmissão de luz em embalagens de vidro azul, âmbar, verde e branco.


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5.9. Outros

Podemos ainda incluir outros ensaios de controlo da qualidade, como a determinação do

coeficiente de atrito estático e ângulo de deslizamento, e a determinação da espessura do

revestimento a quente.

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