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ENSAYO DE ENVASES DE METALICOS I.

INTRODUCCION

Un envase metálico se define en términos generales como un recipiente rígido a base de metal, para contener productos líquidos y/o sólidos, que puede además cerrarse herméticamente. La amplia difusión de los envases metálicos es atribuible a la gran versatilidad y excelentes cualidades para el envasado de todo tipo de productos. Algunas de estas cualidades son:            

Resistencia mecánica y capacidad de deformación Ligereza Estanqueidad y hermeticidad Opacidad a la luz y radiaciones Buena adherencia a barnices y litografías Conductividad térmica Inercia química relativa Versatilidad Estética / posibilidad de impresión Reciclabilidad Adecuación para la distribución comercial Capacidad de innovación y evolución tecnológica

Características técnicas principales Al hablar de envases metálicos hay que distinguir entre envases ligeros y envases pesados. Los envases metálicos ligeros son aquellos cuyo espesor es inferior a 0.49 mm y tienen una capacidad inferior a 40 litros. Los envases pesados hacen referencia a los envases metálicos con un espesor superior o igual a 0.50 mm y una capacidad que oscila entre 30 y 220 l. Esta distinción no es arbitraria, sino que corresponde a las diferentes materias primas y técnicas utilizadas en la obtención de los diferentes tipos de envases. El grupo de envases metálicos ligeros se puede dividir en cuatro grandes grupos: -

Envases alimentarios Envases de bebidas Envases industriales (bidones) Aerosoles

Los dos últimos grupos se recogen en apartados independientes de esta guía (ver apartados: bidones metálicos y aerosoles), por lo que serán excluidos de la presente descripción.

Los envases metálicos se construyen principalmente a partir de dos metales: acero y aluminio, siendo el primero más común por razones de coste principalmente. Se puede distinguir además entre los materiales ferrosos: hojalata, chapa cromada y chapa negra, y los materiales no ferrosos: aluminio. Para cualquiera de las tres formas de los materiales ferrosos la composición típica del acero es prácticamente la misma, se trata de un acero dulce (bajo contenido en carbono). Pueden clasificarse atendiendo a diversos criterios:ƒ Según su forma: -

cilíndrico rectangular: prisma con base rectangular tipo sardina: prisma recto, pero de base elipsoidal tipo estuche

Según su sección transversal: -

Redondo: sección transversal circular. Rectangular: sección transversal cuadrada o rectangular, con esquinas redondeadas. Oblongo: sección transversal formada por dos paralelas unidas por semicírculos. Ovalado: sección transversal elíptica. Trapezoidal: sección trapezoidal con las esquinas redondeadas.

Según sus características especiales: -

Acuellado: una o las dos extremidades tienen una reducción o varias, que permiten el uso de fondos más pequeños. Ensanchado: el extremo superior es más ancho que el inferior. Acordonado: se caracteriza por tener cordones en su pared lateral, lo que le da mayor resistencia al colapso. Soldado: recipiente de tres piezas, al cual se le han soldado los extremos con las tapas correspondientes. Presentan una pequeña perforación en la superficie de la tapa para ser llenados con sistema de aguja.

Tipos de envases metálicos En general los envases metálicos están constituidos por dos o tres piezas. Los primeros constan de un tubo-fondo constituido en una sola pieza, además de una tapa suelta que posteriormente se une al extremo abierto. Es el caso de las latas de bebida donde no se aprecia la costura lateral.

Los envases de tres piezas constan de un tubo soldado por una de sus generatrices, más dos tapas unidas a sus extremos. Por su geometría pueden ser de sección circular, cuadrada, rectangular, trapezoidal, oval, etc. Es el caso de la mayoría de las latas de conserva, donde se observa la costura lateral formada por la unión de los bordes del tubo metálico. Envases de tres piezas El proceso de fabricación de los envases de tres piezas parte de bobinas de hojalata y consta de las siguientes etapas: -

Corte de las bobinas en hojas rectangulares de tamaño apropiado al formato a fabricar. Aplicación de decoración externa (si procede) Aplicación de barnices interiores y/o exteriores Corte longitudinal de las hojas, en bandas (corte primario) y corte transversal de las bandas en porciones unitarias rectangulares (corte secundario). Conformación de un cilindro. Soldadura eléctrica de su generatriz (hilo de cobre)

Rebarnizado interior y exterior de al costura lateral. -

Acordonado: formación de anillos transversales (nervaduras) en el cuerpo para darle mayor resistencia radial. Formación de pestañas en ambos extremos del cilindro (indispensable para la posterior colocación de las tapas). Colocación de tapas mediante el sistema de doble cierre.

Envases de dos piezas: La fabricación de envases de dos piezas, obtenidos por simple embutición (1 solo golpe), es antigua y se viene empleando para muchos productos en envases de poca altura (relación altura/diámetro < 0.6). Para envases de mayor relación altura/diámetro se han desarrollado dos técnicas básicas de fabricación: embutición-reembutición (DRD) y embutición estirado (DWI). Envases embutidos-reembutidos (DRD): Son aquellos cuya altura es igual o mayor que la mitad del diámetro. La embutición se hace en varias operaciones y la conformación del envase se realiza mediante reembuticiones sucesivas. Esta técnica supone un elevado costo del equipo, lo que hace que este tipo de envases no se haya extendido tanto como otro tipo de envases. Envases embutidos-estirados (DWI):

Son envases de pared muy delgada, utilizados para productos envasados bajo presión (bebidas carbonatadas). Se obtienen a partir de un disco metálico sin barniz de espesor relativamente elevado (0.30-0.33 mm), mediante las siguientes etapas: -

ƒ Prensa de copas: embutición simple a mayor diámetro que el diámetro nominal del futuro envase. ƒ Reembutición: reducción del diámetro a su dimensión nominal. ƒ Tras diversos estiramientos se produce el alargamiento progresivo de las paredes, con reducción de su espesor, a diámetro constante. ƒ Formación del domo por estampación, sin reducción de espesor. ƒ Recorte del extremo superior no uniforme por alargamiento irregular. ƒ Entallado: reducción del diámetro de la boca ƒ Pestañeado o formación de la pestaña.

Los envases DWI por su concepción y características son particularmente adecuados para cervezas y bebidas carbónicas. Se ha intentado su utilización para productos alimenticios esterilizados y bebidas no carbónicas, pero existen grandes diferencias en las exigencias técnicas de estos productos, por las diferentes tensiones mecánicas que deben soportar. En las bebidas carbonatadas, las presiones existentes refuerzan las paredes del envase, incluso las más finas. Cierre de los envases metálicos Para el cierre de los envases metálicos se emplea actualmente el denominado doble cierre. El objetivo de esta operación es adaptar un fondo metálico, previamente engomado, al cuerpo del envase, entrelazando adecuadamente los ganchos para que formen un sellado hermético. Dada la susceptibilidad de los productos alimenticios a la alteración microbiológica, estos requieren un cierre hermético. También lo requieren otros tipos de productos que, por ejemplo, necesitan retener la presión interna (cerveza, bebidas, etc.) y evitar fugas en general. Para realizar el cierre se realizan dos operaciones que emplean piezas giratorias circulares, la primera de las cuales, denominada rulina de 1ª operación, riza y enrolla el borde del fondo con el borde del cuerpo, mientras se presiona al conjunto cuerpo-fondo contra un yunque giratorio denominado mandril de cierre. En la segunda operación, otra pieza circular giratoria, denominada rulina de 2ª operación, aprieta el cierre incompleto que se acaba de formar, comprimiéndolo lateralmente contra el mandril. Un compuesto sellante

semejante al caucho, previamente colocado sobre la periferia de la tapa, actúa como junta comprimida de seguridad contra las fugas. Tapas de fácil apertura Desde la aparición de la tapa de fácil apertura en aluminio, ha tenido lugar una continua evolución tecnológica, apareciendo numerosos tipos y modelos. Se ha prestado gran atención al desarrollo de tapas de apertura completa de hojalata para envases de conservas. Se ha conseguido un cierre hermético, suficientemente seguro sobre el acero, que permite la fácil apertura manual, todo ello compatible con bajos costos del producto. Están completamente introducidas en la industria conservera las tapas rectangulares y ovales para conservas de pescado, así como las tapas redondas de hasta 1000 mm de diámetro para otros productos. En tapas para bebidas, se ha generalizado el cierre no desprendible-ecológico en aluminio, como alternativa al cierre con anilla de apertura (ring-pull). Problemas de los envases de hojalata Corrosión La corrosión puede definirse como el deterioro de un material como consecuencia de un ataque químico en su entorno, principalmente por ataque eletroquímico ya que los metales poseen electrones libres capaces de establecer pilas electroquímicas entre los microcristales de una aleación metálico o entre metales distintos. Además, los metales pueden reaccionar con el oxígeno produciéndose una capa de óxido en superficie. Cuando existen dos piezas metálicas de distinta naturaleza unidas (como es el caso del hierro y el estaño) y existe una conductividad iónica (en este caso debido a la humedad del alimento envasado), se forman micropilas en los lugares donde el estaño presenta poros que permiten el contacto directo con el hierro. Este problema no suele afectar directamente al alimento, sino únicamente al envase. Las distintas capas que constituyen la hojalata presentan siempre una estructura discontinua en mayor o menor grado, como consecuencia de la porosidad propia del material (porosidad primaria) y de los daños o efectos mecánicos (porosidad secundaria), derivados de las manipulaciones a que se ve sometido el material. Dados los valores de los potenciales electroquímicos del hierro y el estaño, cabría esperar que el hierro actuara como ánodo, mientras que el Sn debería constituir el cátodo de la pila electrolítica. Sin embargo, al considerar la corrosión de la hojalata por elementos ácidos (alimento) se observa que, en la mayoría de los casos, es el Sn el que actúa como cátodo, y por tanto disolviéndose, mientras que sobre el hierro tienen lugar las reacciones de deposición catódica, de la que la más común es la formación de hidrógeno.

Este comportamiento anódico de estaño-ánodo de sacrificio es la base de la protección del hierro y causa de la baja corrosividad de la hojalata, lo que la hace un material apto para el envasado de alimentos. En resumen, se diría que por procedimientos electrolíticos, se produce un intercambio de iones estaño de la hojalata hacia el alimento (o hacia el líquido de gobierno que lo contiene), en lugar de que esto ocurra con el hierro, lo que debilitaría el envase. De esta manera, el estaño actúa como protector del hierro, que es el que proporciona la rigidez necesaria al envase. Sulfuración La sulfuración se produce por la reacción de los iones sulfuros de alimentos cárnicos, pescados y muchos vegetales, con el Fe y Sn de la hojalata, dando lugar a la formación de sulfura de Sn y Fe. No resulta tóxica, aunque si ennegrece la chapa. Barnices y recubrimientos para envases de hojalata Uno de los puntos críticos en el envasado de alimentos en envases metálicos, es la adecuación del barniz o laca a las condiciones de elaboración y almacenamiento de los envases. Los barnices son un medio para proporcionar resistencia a la abrasión así como para actuar como barrera frente a la corrosión externa. Limita la superficie metálica en contacto con la atmósfera reduciendo el riesgo de aparición de oxidaciones. Los factores de mayor importancia que deben considerarse durante la aplicación de un barniz son: composición y adecuación al soporte metálico, adherencia, espesor y porosidad. Aplicaciones Los envases de tres piezas se suele utilizar para todo tipo de conservas: pescado (atún, anchoas, mejillones, chipirones, etc.), encurtidos (espárragos), vegetales (espárragos, pimientos, champiñones, etc.), etc. En cuanto a los envases de dos piezas, su aplicación principal son las bebidas carbonatadas. II.

OBJETIVOS   

III.

Conocer los diversos envases metálicos existentes en el mercado. Reconocer el barniz de las latas. Determina el gramaje y porcentaje de barniz epoxi – fenólico en muestras de hojalata. MATERIALES Y METODOS

MATERIALES

                 

Latas diversas sin contenido y con etiquetas: atún, durazno, leche, cerveza. Micrómetro. Regla graduada. Placa Petri con tapa. Pipeta de 1 ml Ácido sulfúrico, 5 ml NaOH 10%, 200 ML Papel toalla Beaker de 100 ml Cocinilla con abesto. Mechero con abesto. Pinzas para mechero (grandes) Pinzas pequeñas. Balanza analitica. Balanza de precisión. Reloj. Tijera para latas. Abridor de latas.

METODOS Se observaran y analizaran las latas, según las siguientes características: Producto Marca Capacidad (ml, gr) Material (HL, Al, laton) Color interior Color exterior N° de piezas (2, 3) País de origen Apertura (abre fácil, sello) Dimensiones Espesor Peso envase vacío Anillos de expansión Otras características VERIFICACION DEL MATERIAL EPOXICO POR REACCION CON ACIDO SULFURICO

Sobre una muestra de hojalata color dorado y cubierta con papel absorbente, colocar una gota de acido sulfúrico y dejar reposar por 5 minutos. Verificar la formación de color morado, la cual indica la presencia de resina epoxica. Repetir el experimento con una muestra de lata de aluminio. Tomar fotos y reportar resultados. VERIFICACION DE MATERIAL EPOXI-FENOLICO POR DESPRENDIMIENTO EN SODA CAUSTICA Introducir una porción plana y pequeña de hojalata dorada en una solución de NaOH 10% en ebullición. Esperar por 10 minutos y observar si hay desprendimiento del barniz. Tomar fotos y reportar. CLASIFICACION DEL BARNIZ EN HOJALATA En una muestra de hojalata de dimensiones y peso conocidos, desprender el barniz usando una solución de NaOH 10% en ebullición. Lavar, secar y volver a pesar. Reportar el porcentaje y gramaje de barniz en g/m2. IV.

RESULTADOS Y DISCUSION

Presentar los resultados en forma ordenada y discutir en base a citas bibliográficas y de otras fuentes. 

Observación de latas: Completar los resultados en el cuadro 1 Cuadro 1 Características de envases metálicos PRODUCTO

MARCA CAPACIDAD (ml, gr) MATERIAL (HL, Al, laton) COLOR INTERIOR

ANCHOVETA CERVEZA

BEBIDA CARBONATADA Ego Frutas-omnlife 355 ml

Mazier Gr

Pilsen Ml 355

Bonle Ml 400 gr

Hojalata

aluminio

Hojalata

Plomo

Plateado

Plateado-plomo

Plateado

Plateado

3 Peru

2 Mexico

Sellada

Abre fácil

COLOR EXTERIOR

Plomo-plateado

N° PIEZAS (2, 3) PAIS DE ORIGEN APERTURA (abre fácil, sello)

2 Peru (Pisco)

Plateado Verde y rosado 2 Peru – Lima

Abre fácil

Abre fácil

Altura: 10.3

Altura: 11.5

DIMENSIONES Diametro: 5.7 ESPESOR ANILLOS DE

LECHE

0.37 mm Si

Diámetro: 5.2 0.16 mm -

Altura: 10.3 Diámetro: 7.3 0.533 mm Si

Altura: 13.2 Diámetro: 6.4 0.095 mm -

EXPRESION OTRAS CARACTERISTICAS RESINA EPOXICA (ac. Sulfúrico) PESO DE ENVASE VACIO GRAMAJE: PESO/AREA

-

-

-

-

-

-

-

-

35.06 gr

12.79 gr

46.5 gr

13.77 gr

0.17 gr/cm2

0.028 gr/cm2

0.118 gr/cm2

0.026 gr/cm2

En el Cuadro 1 se presentan las características generales y físicas de los envases metálicos de cuatro productos: Cerveza, Anchoveta, Leche evaporada y bebida carbonatada. Según Pini (2011) el acero y el estaño se combinan en la hojalata para dar un material que es a la vez fuerte y liviano, fácil de conformar a diversas formas y tamaños, buen conductor del calor y de composición química estable que no afecta la integridad de su contenido. Además, Warne (1989) menciona que la hojalata consiste en una lámina de acero dulce de baja carbonación, cuyas dos caras se han cubierto electrolíticamente con una capa de estaño. Los envases de la Conserva de duraznos, el Atún y la Leche evaporada, son de hojalata y presentan las características mencionadas. La lata de Anchoveta corresponde a la marca MAZER cuya procedencia es Peruana y presenta una capacidad de 170 g. La coloración interna de esta lata es de una tonalidad gris al igual que la parte externa. Este envase está conformado básicamente por dos piezas una que corresponde a la tapa y la otra que contendrá los filetes de pescado. El peso del envase vacío fue de 35.06g, así mismo su presentación de apertura es por abre fácil. Las dimensiones de altura y diámetro son 2.7 y 5.7cm respectivamente. Dicho envase presento anillos de expansión, un espesor de tapa de 0.37 mm. El gramaje de 0.17 gr/cm2. La Leche evaporada era de la marca BONLE, de origen Peruano y tenía una capacidad de 355 ml. Su envase estaba elaborado del material hojalata, el color exterior es plateado y el interior, dorado. Además presento las siguientes características físicas: altura de 11.5 cm y diametro igual a 5.2 cm. . El espesor de 0.16 mm, presento Sello. El peso del envase vacío fue 12.7 g, y no tenía anillos de expansión. Equipack (2003) señala que la hojalata es el material más común en los envases que tienen como base el acero y se trata de una lámina muy fina de acero (entre 0.14 y 0.49 mm de espesor), revestida por ambas caras con una película microscópica de estaño. Los espesores medidos de los envases de hojalata estuvieron en el rango de 0.258 – 1.21 mm, donde el envase de conserva de duraznos tuvo un espesor mayor al rango señalado. Sin embargo,

Warne (1989) menciona que el calibre de la lámina base varía según el tamaño que han de tener las latas y el uso al que están destinadas. Las diferencias obtenidas en cuanto al gramaje para el caso de los envases de cerveza y bebida carbonatada no fue muy grande; este debido a que el contenido que mantienen ambos tipos de envases son similares aparte de que el material utilizado en cada envase es el mismo (Aluminio) y en cuanto a las partes que componen a la lata de atún la diferencia de gramajes si resulto considerable; esto debido a la rigidez que se necesita en el envase final ya que la tapa suele ser más compacta y de mayor densidad que el material del cuerpo del atún. En lo correspondiente a la lata de conservas de durazno quien presento el mayor gramaje fue el cuerpo, ya que según Bureau (1995), el motivo por el cual se presenta dicha diferencia es porque el barniz empleado en la cara interior del envase es de una capa más doble que la empleada para la tapa, el principal motivo del grosos de barniz empleado es básicamente el tipo de alimento que se encuentra contenido, ya que para el caso al ser un alimento acido, se requiere de una capa mucho más gruesa de barniz, con lo cual el gramaje se eleva considerablemente; con la aplicación de una capa bien gruesa de barniz, se evita que el alimento por su naturaleza acida reaccione con la superficie metálica mediante los iones hidrogeno, con lo cual aseguramos un mayor tiempo de vida y una inocuidad del alimento en sí. Respecto al número de piezas, Potter (1999) señala que las latas de metal para el envasado de alimentos y bebidas se pueden dividir en 2 tipos básicos según el método de elaboración. De tres piezas, se componen de un cuerpo cilíndrico y de dos tapas, generalmente tienen suturas laterales, la sutura lateral se suelda. Y de dos piezas, se hacen con una lámina que forman el cuerpo y el fondo, y una tapa que se aplica después de llenar la lata con el producto, no tienen suturas laterales. Los envases de la conserva de durazno y de la leche evaporada fueron de tres piezas, y se observó lo mencionado por Potter (1999), el cuerpo cilíndrico, las dos tapas y la sutura lateral. Mientras que los envases de cerveza, gaseosa y atún fueron de dos piezas. Con respecto al envase de aluminio Darian (1989), menciona que ese tipo se encuentra en la clasificación de envases de aluminio rígido ya que no se deforman fácilmente bajo presión manual moderada, aun estando vacíos. Incluimos aquí: -

Latas para bebidas. Latas para alimentos. Aerosoles.

V.

CONCLUSIONES



Se observó dos tipos de envases metálicos, aluminio y hojalata.



No se pudo determinar el porcentaje de barniz epoxi-fenólico en muestras de hojalata debido a problemas técnicos.

VI.

BIBLIOGRAFIA



BUREAU, G. 1995. Embalaje de los Alimentos de Gran Consumo. Editorial Acribia S.A. España. Darian, W.1989. Manual sobre el envasado. Editorial Roma – FAO.EQUIPACK. 2003. Revista de los equipos y tecnologías del envase y embalaje. Reed Business Information. España PINI, R. 2011. Conservación de alimentos en envases de hojalata. Editorial Alsina. Buenos Aires. POTTER, N. 1999. Ciencia de los Alimentos, Acribia, Zaragosa-España. WARNE, D. 1989. Manual sobre el envasado de pescado en conserva. Food&AgricultureOrg. Roma.

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ANEXOS Reciclado y punto verde Aluminio El aluminio posee unas propiedades óptimas como material de envase: es muy resistente, ofrece la máxima protección como efecto barrera contra gases, incluso a pequeños espesores, es inerte, se decora con facilidad, no se oxida y no deja manchas. El reciclado de este material es una actividad tradicional, técnicamente resuelta y rentable al ahorrar hasta el 95 % de la energía. En la refusión y fabricación de nueva maquinaria, el aluminio obtenido se puede volver a convertir en productos idénticos, con las mismas propiedades. El proceso puede repetirse indefinidamente y no hay límite al contenido reciclado. El aluminio se puede separar para su posterior reutilización bien mediante una separación manual o bien mediante una separación basada en separadores magnéticos basados en el efecto de las corrientes inducidas (separadores de Focault). El principio de funcionamiento es la fuerza de repulsión generada sobre los envases de aluminio por un imán multipolar que gira a gran velocidad en el extremo de una cinta transportadora, lo que provoca la salida de este material del flujo normal de residuos. Hojalata A efectos de recuperación, la hojalata tiene una característica básica que la convierte en el único material para la fabricación de envases, que en la actualidad y a gran escala, puede recuperarse mecánicamente. Por el simple procedimiento de situar un electroimán sobre el flujo de basura, puede recuperarse un porcentaje muy elevado de los envases de hojalata. Esta hojalata reciclada tiene un claro mercado en la fabricación de nueva hojalata en siderurgia, ya que en la formación de la chapa férrica se utiliza gran cantidad de chatarra, que oscila entre un 20 y un 30 % del peso de la colada. Las tarifas de Ecoembalajes España, S.A, que entraron en vigor el 1 de enero de 2004 para cubrir el extra coste que supone para los fabricantes la recogida selectiva de residuos de envases, para los materiales metálicos son las siguientes:

NORMATIVA RELACIONADA