Risposta rapida:
La viscosità del prodotto influisce direttamente sulla facilità con cui questo attraversa una riempitrice e, di conseguenza, sul metodo di dosaggio più adatto, sul design dell'ugello, sulla velocità di riempimento e sui requisiti di alimentazione del prodotto.
I liquidi a bassa viscosità sono spesso adatti a sistemi di riempimento a gravità, a pompa, con misuratore di portata o a troppo pieno.
I prodotti a viscosità medio-alta, come salse, creme, gel e paste, richiedono spesso sistemi di riempimento a pistone o con un'idonea pompa volumetrica.
Non scegliere una macchina basandoti unicamente sui cP. La temperatura di riempimento, il comportamento al taglio, le particelle, la formazione di schiuma e la filatura possono modificare il comportamento del prodotto.
Controlla l'intero percorso del prodotto, inclusi tramoggia, pompa, tubi flessibili, valvole e ugello, non solo la testa di riempimento.
Confronta la produzione sostenuta con il prodotto reale, non soltanto il numero massimo pubblicizzato di bottiglie al minuto della macchina.
Esegui una prova di riempimento con il prodotto reale prima di definire la configurazione della macchina, soprattutto per prodotti viscosi, con particelle, schiumogeni o sensibili alla temperatura.
La viscosità del prodotto influisce sul modo in cui un liquido attraversa il sistema di riempimento, incidendo sulla precisione, sul tempo di ciclo, sulla chiusura dell'ugello, sugli sprechi di prodotto e sulla forza di pompaggio necessaria.
È quindi un fattore fondamentale nella scelta della riempitrice, ma un singolo valore in cP non basta a determinare la macchina corretta. Il prodotto deve essere valutato alla temperatura effettiva di riempimento e in condizioni realistiche di pompaggio e flusso.
Cosa significa la viscosità del prodotto per la scelta della riempitrice
La viscosità descrive la resistenza di un fluido allo scorrimento. I liquidi a bassa viscosità scorrono facilmente, mentre i prodotti più densi oppongono una resistenza maggiore nel sistema di riempimento.
La viscosità dinamica è comunemente espressa in centipoise, o cP; 1 cP equivale a 1 mPa·s. [1] Prodotti che vanno dall'acqua e dagli oli a sciroppi, salse, creme, gel e paste possono differire notevolmente nel comportamento di flusso; il valore in cP va quindi considerato un punto di partenza, non una specifica completa della macchina.
La temperatura di riempimento è importante
Un prodotto va valutato alla temperatura, o in prossimità della temperatura, alla quale sarà effettivamente riempito.
La temperatura può modificare sensibilmente la viscosità. In molti liquidi la viscosità diminuisce all'aumentare della temperatura; una salsa, un olio, una crema, una cera o un prodotto simile può quindi comportarsi in modo molto diverso quando è caldo rispetto a quando viene misurato a temperatura ambiente. [2]
Questo è importante perché un sistema di riempimento progettato in base a un campione caldo può rallentare se il prodotto si raffredda nella tramoggia, nel tubo, nella valvola o nell'ugello.
Anziché indicare soltanto:
Viscosità: 10.000 cP
fornisci un dato più simile a questo:
Viscosità: 10.000 cP a 25 °C, misurata in condizioni di prova definite
Anche il comportamento al taglio è importante
La viscosità può cambiare anche mentre il prodotto è in movimento. I fluidi newtoniani rimangono relativamente costanti a temperatura fissa, mentre nei prodotti non newtoniani la viscosità apparente può variare al variare della velocità di taglio. Brookfield raccomanda di considerare la velocità di taglio quando i dati di viscosità vengono usati per prevedere il comportamento reale di processo. [2]
Molte salse, gel, creme, emulsioni e paste sono pseudoplastiche e scorrono più facilmente durante il pompaggio o la miscelazione. Due prodotti con lo stesso valore in cP dichiarato possono quindi comportarsi diversamente nella stessa riempitrice.
Regola pratica: la viscosità è una condizione di processo, non solo un numero su una scheda tecnica.
Come la viscosità modifica le prestazioni di riempimento
La viscosità influisce sull'intero ciclo di riempimento. La domanda importante non è se una macchina riesca a erogare il prodotto una volta, ma se sappia ripetere il processo con precisione e pulizia per tutta la produzione.
| Fattore di riempimento | Effetto di una viscosità più elevata o variabile |
|---|---|
| Flusso del prodotto | Aumenta la resistenza attraverso tubi, valvole e ugelli |
| Ciclo di riempimento | Può aumentare il tempo necessario per erogare ogni dose |
| Alimentazione del prodotto | Può rendere inadeguata l'alimentazione per gravità |
| Ripetibilità del riempimento | Può variare quando cambiano la temperatura o il comportamento di flusso del prodotto |
| Chiusura dell'ugello | I prodotti appiccicosi possono gocciolare, formare code o filamenti |
| Gestione dell'aria | I prodotti densi possono trattenere aria incorporata |
| Carico della pompa | Può aumentare la coppia, i requisiti di aspirazione e la potenza richiesta |
| Produzione | Il riempimento può diventare il collo di bottiglia della linea |
| Pulizia | I residui densi o appiccicosi possono aumentare i tempi di pulizia e cambio formato |
La viscosità può modificare anche le prestazioni della pompa. Le indicazioni dell'Hydraulic Institute mostrano che i liquidi viscosi influenzano in modi diversi i vari tipi di pompa e possono aumentare le perdite per attrito e la potenza richiesta. Le pompe volumetriche reagiscono in genere alla viscosità in modo diverso dalle pompe rotodinamiche, perché trasferiscono volumi intrappolati anziché affidarsi a una girante per generare il flusso. [3]
La velocità nominale non coincide con la produzione reale
Il valore massimo di bottiglie al minuto di una macchina è utile solo se si conoscono le condizioni di prova su cui si basa.
L'acqua può uscire da un ugello molto più velocemente di una salsa densa. La velocità pubblicata può inoltre presupporre una movimentazione ideale dei contenitori, un'alimentazione stabile del prodotto, un determinato volume di riempimento e un funzionamento ininterrotto.
Per i prodotti viscosi, il riempimento o il reintegro del prodotto possono diventare la fase limitante.
Un parametro d'acquisto più utile è:
numero stabile di contenitori conformi prodotti ogni ora con il prodotto reale
Questo parametro tiene conto degli effetti del tempo di riempimento, degli scarti, del gocciolamento, dei ritardi di rifornimento e delle fermate di produzione.
Una macchina con una velocità nominale inferiore può fornire più confezioni vendibili per turno se funziona con continuità.
Quale riempitrice funziona meglio con le diverse viscosità?
Non esiste un valore universale di viscosità oltre il quale una determinata tecnologia di riempimento diventa automaticamente la scelta corretta.
Usa la viscosità e il comportamento di flusso per restringere le opzioni, quindi verifica volume di riempimento, contenitore, precisione, produzione, particelle, requisiti di pulizia e caratteristiche del prodotto prima di scegliere la configurazione finale.
| Comportamento del prodotto | Tecnologia di riempimento da valutare | Motivo principale | Aspetto fondamentale da verificare |
|---|---|---|---|
| Liquido fluido e scorrevole | Sistema a gravità, a pompa o con misuratore di portata compatibile | Il prodotto scorre facilmente | Gocciolamento, schiuma, precisione |
| Prodotto che richiede un livello di riempimento visibile uniforme | Riempimento a troppo pieno | Controlla il livello estetico di riempimento | Schiuma, flusso di ritorno, idoneità del prodotto |
| Liquido a media viscosità | Riempimento a pompa o a pistone | Fornisce un dosaggio controllato | Chiusura dell'ugello e tempo di ciclo |
| Salsa, crema, gel o pasta densi | Sistema a pistone o con pompa volumetrica idonea | Garantisce un movimento controllato del prodotto | Alimentazione del prodotto e tempo di reintegro |
| Prodotto contenente particelle morbide | Sistema a pistone con ampio passaggio o a pompa idonea | Può offrire un percorso del prodotto meno restrittivo | Dimensioni delle particelle e danneggiamento del prodotto |
| Piccole dosi igieniche | Riempimento peristaltico | Il prodotto può rimanere confinato nel percorso del tubo | Dimensioni, durata e compatibilità del tubo |
| Prodotto controllato principalmente in base alla massa netta | Riempimento a peso netto | Misura direttamente la massa erogata | Ciclo di pesatura e stabilità |
Riempimento a gravità e a troppo pieno
Il riempimento a gravità è adatto a prodotti scorrevoli che possono attraversare la macchina con un'assistenza meccanica minima.
Il riempimento a troppo pieno viene scelto principalmente per ottenere un'altezza di riempimento visibile uniforme. Quando il prodotto raggiunge il livello impostato, il liquido in eccesso ritorna attraverso il circuito di troppo pieno, contribuendo a compensare piccole variazioni del volume del contenitore. [4] Prima di scegliere questo metodo occorre comunque verificare formazione di schiuma, dimensioni del collo, comportamento di ricircolo e produzione richiesta.
Riempimento a pistone
Una riempitrice a pistone aspira il prodotto in un cilindro e sposta una dose controllata, risultando adatta a molti sciroppi, salse, creme, gel, paste e ad alcuni prodotti contenenti particelle.
Per i prodotti contenenti solidi, cilindro, valvole e passaggi devono accogliere la dimensione massima delle particelle. Con prodotti molto densi è altrettanto importante la velocità di ricarica: il pistone può erogare la dose in modo affidabile ma non raggiungere la produzione richiesta se il cilindro non si riempie abbastanza rapidamente.
Riempimento con pompa a spostamento positivo
I sistemi a spostamento positivo utilizzano tecnologie quali pompe a ingranaggi, a lobi, monovite e altri tipi di pompa per trasferire quantità controllate di prodotto.
Sono ampiamente considerati per i liquidi viscosi, ma una viscosità maggiore influisce comunque sulle condizioni di aspirazione, sulle perdite per attrito, sulla potenza richiesta e sulla velocità raggiungibile. [3] La pompa deve inoltre essere adatta alla sensibilità al taglio, alle particelle, ai requisiti igienici, alla compatibilità chimica, all'intervallo di riempimento e al metodo di pulizia del prodotto.
Riempimento con misuratore di portata, peristaltico e a peso netto
Per alcune applicazioni la scelta dovrebbe basarsi sul principio di misurazione o di gestione del fluido, non soltanto sulla viscosità.
Un sistema con misuratore di portata compatibile può dosare il liquido direttamente nel flusso del prodotto, ma la tecnologia del misuratore deve essere adatta al fluido e alle condizioni operative.
I sistemi peristaltici isolano il fluido pompato all'interno del tubo; il fluido entra in contatto con il lume del tubo anziché con valvole o tenute interne della pompa. Questo principio è utile nelle applicazioni in cui sono importanti l'isolamento del prodotto o la facile sostituzione del percorso del prodotto. [5]
Il riempimento a peso netto misura la quantità erogata in base alla massa. Può essere particolarmente utile quando la quantità della confezione è specificata in peso o quando la misurazione volumetrica non è il metodo di controllo preferito.
Come la viscosità modifica la configurazione della riempitrice
La scelta del principio di riempimento è solo il primo passo.
Due macchine che impiegano la stessa tecnologia di dosaggio di base possono offrire prestazioni molto diverse se pompe, valvole, tubi, sistemi di alimentazione e ugelli sono configurati diversamente.
Capacità della pompa o del pistone
Il sistema di dosaggio deve trasferire la quantità di riempimento richiesta nel tempo di ciclo disponibile, senza sottoporre il prodotto o la macchina a sollecitazioni inutili.
Nel riempimento a pistone, diametro del cilindro, corsa, velocità di ricarica, fasatura delle valvole e alimentazione del prodotto influiscono tutti sulle prestazioni.
Nel riempimento a pompa, il design e la velocità operativa della pompa devono essere adeguati al prodotto, evitando di ricorrere a velocità eccessive per forzare un fluido difficile attraverso la macchina.
Diametro di tubi e valvole
L'ugello non è l'unica strozzatura del sistema di riempimento.
Un ugello grande offre pochi vantaggi se un prodotto denso deve prima attraversare tubi stretti, valvole sottodimensionate, raccordi restrittivi o curve strette.
Con prodotti viscosi o contenenti particelle, il passaggio pratico più stretto nel percorso del prodotto può limitare la produttività o causare intasamenti.
Design dell'ugello di riempimento
I liquidi fluidi richiedono spesso una chiusura rapida e affidabile per evitare gocciolamenti.
I prodotti più densi o appiccicosi possono creare problemi diversi, tra cui code, filamenti o residui intorno all'apertura del contenitore.
A seconda dell'applicazione, tra le caratteristiche utili dell'ugello possono figurare chiusura positiva, controllo del risucchio, movimento in immersione o un passaggio del prodotto più ampio.
L'obiettivo non è semplicemente massimizzare il diametro dell'ugello, ma mantenere un flusso adeguato ottenendo al contempo una conclusione pulita di ogni riempimento.
Tramoggia e alimentazione del prodotto
Una testa di riempimento non può mantenere la produzione se resta in attesa del prodotto.
I prodotti ad alta viscosità possono richiedere una tramoggia vicina, un trasferimento assistito da pompa, una pressione controllata o un altro metodo di alimentazione che mantenga rifornito il sistema di dosaggio.
L'agitazione può aiutare i prodotti che devono rimanere omogenei, ma non va aggiunta automaticamente. Una miscelazione eccessiva può incorporare aria, alterare i prodotti sensibili al taglio o danneggiare le particelle.
Riscaldamento e controllo della temperatura
I prodotti la cui viscosità varia bruscamente con la temperatura possono richiedere più di un semplice serbatoio di alimentazione riscaldato.
A seconda del processo, il controllo della temperatura può estendersi a tramoggia, tubo, pompa, valvola o ugello, affinché il prodotto non si addensi prima di raggiungere il contenitore.
Ciò può essere importante per prodotti quali cere, balsami, prodotti a base di cioccolato, formulazioni per riempimento a caldo e materiali che diventano difficili da pompare quando si raffreddano.
Cos'altro occorre verificare oltre alla viscosità?
Due prodotti con viscosità simile possono comunque richiedere sistemi di riempimento diversi, perché la viscosità non descrive tutti i comportamenti che incidono sull'erogazione.
Particelle
Salse e prodotti simili possono contenere erbe, semi, polpa, pezzi di verdura o altri solidi.
Il percorso del prodotto deve offrire spazio sufficiente alla particella più grande prevista, senza frequenti intasamenti o danni inaccettabili.
Controlla l'intero percorso, inclusi pompe, valvole, raccordi, tubi e ugelli, non soltanto l'apertura finale dell'ugello.
Formazione di schiuma
Detergenti, saponi, bevande e altri liquidi possono formare schiuma quando entrano nel contenitore in modo troppo energico.
In queste applicazioni, le prestazioni di riempimento possono migliorare grazie a un flusso controllato, a un diverso posizionamento dell'ugello, al riempimento dal basso verso l'alto o a un altro metodo progettato in funzione del comportamento schiumogeno del prodotto.
Filatura e appiccicosità
Un prodotto può essere facile da pompare ma lasciare comunque filamenti o residui alla chiusura dell'ugello.
Questo accade comunemente con alcuni sciroppi, gel, salse, prodotti cosmetici e adesivi.
La soluzione può dipendere più dal design dell'ugello, dalla fasatura della chiusura, dal risucchio e dalla velocità di riempimento che dalla sostituzione dell'intero principio di dosaggio.
Aria incorporata
I prodotti densi possono intrappolare aria durante la miscelazione e il trasferimento.
Nel riempimento volumetrico, l'aria incorporata può far apparire corretta una dose in volume anche quando la quantità effettiva di prodotto varia.
Se è possibile che si verifichi aerazione, valuta il prodotto dopo che ha attraversato le stesse condizioni di miscelazione e trasferimento usate in produzione.
Geometria del contenitore
Un vasetto a bocca larga riempito di salsa presenta requisiti diversi da una bottiglia a collo stretto riempita di shampoo.
Apertura, altezza, stabilità, spazio di testa disponibile e posizione di riempimento del contenitore possono influire sulla scelta dell'ugello e sulla velocità operativa.
Per questo motivo, quando possibile, le prove della macchina devono utilizzare la confezione reale.
Come scegliere una riempitrice usando dati reali del prodotto
Una richiesta di offerta efficace per una riempitrice dovrebbe descrivere l'applicazione prima di chiedere al fornitore di consigliare l'attrezzatura.
- Misura la viscosità in condizioni di riempimento realistiche. Registra viscosità, temperatura del prodotto, metodo di misurazione e normale variabilità tra lotti. Per i prodotti non newtoniani, includi informazioni di prova sufficienti a rendere significativo il valore.
- Descrivi il comportamento del prodotto. Indica se forma schiuma o filamenti, gocciola, contiene particelle, intrappola aria, sedimenta, si separa o cambia sensibilmente quando viene miscelato o pompato.
- Definisci la dose. Fornisci quantità minima e massima di riempimento, tolleranza richiesta e indica se la confezione è controllata in volume o in peso.
- Fornisci il contenitore reale. Includi dimensioni, diametro dell'apertura, materiale, stabilità e spazio di testa disponibile. Se sulla stessa macchina saranno lavorati più formati, fornisci l'intera gamma.
- Definisci i requisiti di produzione. Indica la produzione sostenuta richiesta, il numero di SKU, la frequenza prevista dei cambi formato, le ore di produzione e la probabile capacità futura.
- Definisci i requisiti per le parti a contatto con il prodotto e per la pulizia. Spiega se l'attrezzatura richiede pulizia manuale, lavaggio, smontaggio rapido, capacità CIP, materiali specifici a contatto con il prodotto o compatibilità chimica.
- Verifica il sistema proposto con il prodotto e la confezione reali. Esegui prove a temperatura, quantità di riempimento e condizioni di produzione rappresentative prima di approvare la configurazione finale.
Il fornitore dovrebbe ricevere informazioni sufficienti per progettare la riempitrice intorno all'applicazione, anziché limitarsi a scegliere una macchina da una tabella di intervalli di viscosità.
| Informazioni per il fornitore | Dati da fornire |
|---|---|
| Prodotto | Prodotto esatto o tipo di formulazione |
| Viscosità | cP o mPa·s più temperatura e condizioni di prova |
| Comportamento di flusso | Pseudoplastico, appiccicoso, schiumogeno ecc., se noto |
| Particelle | Tipo e dimensione massima prevista |
| Temperatura di riempimento | Intervallo operativo normale |
| Quantità di riempimento | Dose minima e massima |
| Confezione | Bottiglia, vasetto, busta, bicchiere o altro formato |
| Apertura | Diametro interno dell'apertura |
| Produttività obiettivo | Numero richiesto di contenitori conformi al minuto o all'ora |
| Precisione | Tolleranza di riempimento richiesta |
| Pulizia | Pulizia manuale, lavaggio, CIP o altro requisito |
| Alimentazione del prodotto | Tramoggia, serbatoio, fusto, IBC o processo a monte |
| Prodotti futuri | Variazioni previste di viscosità, confezione o intervallo di riempimento |
Cosa provare prima di acquistare una riempitrice?
Una prova di riempimento deve riprodurre le condizioni di produzione reali, non limitarsi a dimostrare pochi riempimenti riusciti. Esegui un numero di cicli sufficiente a confermare la stabilità di alimentazione, dosaggio, chiusura dell'ugello e movimentazione dei contenitori, registrando temperatura del prodotto e impostazioni della macchina.
Verifica:
- precisione e variazione del riempimento;
- produzione sostenuta;
- gocciolamento, formazione di code o filamenti;
- schiuma e aria incorporata;
- condizioni delle particelle;
- pulizia dell'ugello;
- prestazioni negli avvii e arresti;
- prodotto residuo all'interno della macchina;
- impegno richiesto per pulizia e cambio formato.
Prova anche una breve fermata di produzione, perché alcuni prodotti si addensano, sedimentano, si separano o cambiano comportamento mentre restano nel percorso del prodotto.
Se la macchina lavorerà diverse formulazioni, includi il prodotto realistico più impegnativo e le condizioni operative più gravose tra quelle previste. La prova deve dimostrare una produzione stabile, non semplicemente che la riempitrice è in grado di erogare il prodotto.
Errori comuni nella scelta di una riempitrice per prodotti viscosi
- Usare un unico valore in cP a temperatura ambiente senza spiegazioni: includi temperatura e condizioni di misurazione pertinenti.
- Eseguire prove solo con acqua: conferma il funzionamento di base, ma non le prestazioni con un prodotto viscoso, schiumogeno, contenente particelle o appiccicoso.
- Confrontare i BPM massimi anziché la produzione sostenuta: confronta le confezioni conformi prodotte in condizioni realistiche.
- Ignorare l'alimentazione del prodotto: la riempitrice non può funzionare più velocemente di quanto il sistema a monte riesca ad alimentarla.
- Concentrarsi solo sul diametro dell'ugello: anche pompa, tubo, valvola, raccordi, dimensione delle particelle e comportamento alla chiusura influiscono sulle prestazioni.
Domande frequenti su viscosità del prodotto e riempitrici
Quale viscosità richiede una riempitrice a pistone?
Non esiste una soglia universale in cP che renda obbligatoria una riempitrice a pistone. I sistemi a pistone sono comuni per prodotti a viscosità medio-alta perché assicurano uno spostamento controllato, ma sulla scelta influiscono anche temperatura di riempimento, particelle, quantità di riempimento, produzione richiesta e alimentazione del prodotto.
Una sola riempitrice può gestire viscosità diverse?
Sì, se l'intervallo di dosaggio, il percorso del prodotto, l'ugello, i controlli e il sistema di alimentazione coprono tali prodotti. Grandi differenze di viscosità possono richiedere ricette, velocità della pompa, impostazioni dell'ugello, controllo della temperatura o parti di cambio differenti. Prova le condizioni operative massime e minime previste prima di approvare la macchina.
Qual è il tipo di riempitrice migliore per i prodotti ad alta viscosità?
Le riempitrici a pistone e i sistemi con pompa volumetrica idonea sono comuni punti di partenza per salse, creme, gel e paste densi. La scelta finale deve considerare anche comportamento di ricarica, particelle, sensibilità al taglio, chiusura dell'ugello, igiene e produzione richiesta.
In che modo la temperatura influisce sulla precisione di riempimento?
La temperatura può modificare la viscosità e quindi alterare portata, tempo di ricarica, chiusura dell'ugello e uniformità di dosaggio. Una temperatura di produzione stabile rende il processo di riempimento più facile da controllare, soprattutto per i prodotti che si addensano rapidamente raffreddandosi. [2]
I liquidi viscosi richiedono ugelli di riempimento più grandi?
Spesso un passaggio meno restrittivo migliora il flusso dei prodotti densi, ma un ugello più grande non è automaticamente migliore. Deve comunque essere adatto all'apertura del contenitore, alla dimensione delle particelle, alla velocità richiesta e al comportamento di chiusura. Occorre valutare l'intero percorso del prodotto.
È opportuno inviare un campione del prodotto prima di acquistare una riempitrice?
Per prodotti viscosi, schiumogeni, contenenti particelle, appiccicosi, sensibili al taglio o alla temperatura, è fortemente consigliato provare il prodotto reale. Ciò consente di verificare alimentazione, dosaggio, comportamento dell'ugello, precisione di riempimento, tempo di ciclo e pulizia prima di approvare la configurazione finale della macchina.
Conclusione
La viscosità del prodotto è un punto di partenza fondamentale nella scelta della riempitrice, ma la decisione finale deve riflettere il comportamento del prodotto alla temperatura, alla quantità di riempimento e alla cadenza produttiva effettive.
Alimentazione del prodotto, percorso di flusso, comportamento dell'ugello, particelle, aria e geometria del contenitore possono influire sulle prestazioni della macchina. Usa dati rappresentativi del prodotto per restringere la scelta dell'attrezzatura, quindi confermala con una prova di produzione sul prodotto reale.
Scegli il sistema che fornisce una produzione ripetibile e pulita nelle tue effettive condizioni operative, non semplicemente uno il cui catalogo riporta l'intervallo di viscosità corretto. Se stai valutando una riempitrice per un prodotto specifico, condividi con il nostro team viscosità, volume di riempimento, contenitore e produzione obiettivo, così potremo aiutarti a valutare una configurazione adatta.
Riferimenti
[1]. National Institute of Standards and Technology (NIST), Guida NIST al SI, Appendice B.9: fattori di conversione della viscosità dinamica.
[2]. AMETEK Brookfield, Impatto della temperatura e della velocità di taglio sulla viscosità.
[3]. Hydraulic Institute, Come la viscosità influisce sul pompaggio.
[4]. Packaging Digest, Il funzionamento interno delle riempitrici a troppo pieno, 2024.
[5]. Watson-Marlow Fluid Technology Solutions, guida tecnica sui percorsi del fluido e sui tubi delle pompe peristaltiche.
