Automatización de una máquina de termoformado para envases reciclables, compostables y desechables

El termoformado es el método más común para producir bandejas, platos y envases de plástico a coste bajo; sin embargo, muchos consumidores se muestran críticos con el uso del plástico como material de envasado. La celulosa renovable, por el contrario, ofrece una sólida alternativa, razón por la cual Hamer ha unido sus fuerzas con Beckhoff para desarrollar una máquina de termoformado para pulpa de celulosa de base acuosa.

Preguntado por el factor que impulsó a Hamer a embarcarse en un proyecto tan ambicioso, Joan Ferrer, miembro del departamento eléctrico y de software de la empresa, responde: “La preocupación por el medioambiente nos llevó a desarrollar una tecnología de envasado de celulosa ecológica y totalmente reciclable”. La particularidad de esta tecnología es la forma en que se seca la celulosa mediante una combinación específica de presión y temperatura. De este modo, se crean envases dimensionalmente estables con contornos claramente definidos que pueden adaptarse a las dimensiones y la forma del artículo que contienen, por lo que son adecuados para una amplia gama de productos. “Con la termoformadora HP96 para pulpa de papel, podemos ofrecer a nuestros clientes por primera vez una alternativa sostenible a los envases de plástico convencionales”, señala Joan Ferrer.

El proceso es totalmente respetuoso con el medioambiente, tanto en la extracción de la materia prima como en su posterior reciclado. El material de envasado es biodegradable y 100% compostable, y, gracias a su transpirabilidad, las bandejas a base de pulpa son también adecuadas para frutas y verduras. Una vez laminado, el material puede utilizarse incluso para productos que deban envasarse bajo gas inerte; puesto que la celulosa no se carga electrostáticamente, también se puede usar para envasar productos electrónicos con seguridad.

La Hamer HP96 también ofrece numerosas ventajas en términos de tecnología y productividad. Con cuatro ciclos por minuto, rinde más del doble en comparación con máquinas equiparables del mercado, con un área de formado de 900 × 600 mm y una profundidad de formado de hasta 100 mm. La máquina puede procesar hasta 300 g de celulosa CTMP (pulpa quimiotérmomecánica) por ciclo, lo que equivale a unos 72 kg por hora o 576 kg por turno.

Los cimientos de esta innovación se sentaron hace más de 40 años, cuando la familia suiza Schiess fundó Hamer en la localidad catalana de La Granada, a principios de la década de los 80. En la actualidad, esta empresa de la provincia de Barcelona cuenta con cuatro décadas de experiencia en el sector del envasado. Con un alto nivel de integración vertical, la compañía controla con firmeza todos los procesos, entre los que se incluyen el diseño y la tecnología de automatización. “Es así como podemos entrar en nuevos mercados y desarrollar soluciones acordes con las necesidades actuales”, confirma Joan Ferrer.

El termoformado de fibra húmeda, un proceso que Hamer ha desarrollado junto con Beckhoff, es la prueba más reciente de esta afirmación. “El proyecto de desarrollo ha supuesto un verdadero reto técnico”, señala Octavi Martí, del equipo de ventas de la sucursal de Beckhoff en Barcelona. La relación comercial entre ambas empresas ha sido muy estrecha a lo largo de todo el proyecto; además, la cartera completa de automatización de Beckhoff ha despertado el interés del equipo de Hamer.

El proceso comienza con la preparación de las fibras, que consiste en mezclar los materiales básicos con agua para conseguir la consistencia necesaria. A continuación, la pulpa de celulosa se transporta desde el depósito principal hasta la termoformadora por medio de un proceso de absorción al vacío. Es en este punto en el que se crean productos moldeados en 3D de alta calidad en el molde de termoformado, con un sofisticado control de la temperatura, la presión, el tiempo de prensado, el vacío y el secado en caliente. El resultado de este proceso es un envase con un alto nivel de resistencia mecánica, junto con un acabado superficial y una forma ideales. Los materiales de producción sobrantes regresan directamente al ciclo de producción a través de transportadores cerrados y circuitos de agua, a fin de reducir tanto el consumo de material como los costes de eliminación.

El proyecto ha supuesto un verdadero reto no solo por el control del movimiento, sino también por la necesidad de controlar en tiempo real el consumo de energía de las estaciones de secado y conformado. El consumo típico de una HP96 es de unos 140 kWh. Los terminales de medición de potencia EtherCAT EL3443 se utilizan junto con los transformadores de corriente de anillo de alta precisión SCT3215 y SCT1111 para registrar y controlar el consumo de energía en tiempo real. “Observando el consumo de energía y potencia, podemos comprobar con facilidad si todo funciona correctamente y cómo se comporta el consumo de energía en distintas condiciones de trabajo”, explica Joan Ferrer.

La carcasa anodizada y el alto grado de protección IP69K de los servomotores de la serie AM8700 ofrecen una protección ideal contra las grandes cantidades de vapor y agua que se generan durante el proceso. Además, la tecnología de cable único (One Cable Technology, OCT) de los servomotores también reduce el trabajo de cableado. Otros elementos clave para el responsable de desarrollo son el panel de control CP3916 con protección IP65 y la HMI TwinCAT (TF2000). “Ambos permiten controlar intuitivamente todos los procesos que se ejecutan con el equipo, así como aumentar la eficiencia y la seguridad de la termoformadora”, apunta Joan Ferrer. La visualización se basa por completo en HTML5 y, por lo tanto, es independiente de la plataforma; gracias a esta característica, la HMI de Hamer está preparada para el futuro, ya que las máquinas se pueden manejar desde cualquier PC u otro dispositivo móvil. La aplicación de TwinCAT permite incluso extraer datos de la máquina de distintas maneras; la programación orientada a objetos facilita la reutilización del código y el software de gestión de versiones Git también ofrece notables ventajas.

No cabe duda de que este proyecto es un importante hito para Hamer, que demuestra el papel que desempeñan la innovación y la colaboración en la concepción de soluciones únicas y eficaces. “Estoy seguro de que nuestra colaboración dará lugar a soluciones de envasado más innovadoras y eficientes en el futuro”, afirma Joan Ferrer con entusiasmo. “De hecho, ya hemos identificado la tecnología de Beckhoff en la que tenemos puestas nuestras miras a partir de ahora: TwinCAT Vision, TwinCAT Analytics y TwinCAT Cloud Engineering”.