Detecção do nível de líquidos e gestão do enchimento de latas: garantia de qualidade através de um controlo preciso

Nas linhas de produção de enchimento de alta velocidade, as latas de bebidas são submetidas a testes precisos quanto ao seu volume.

Na produção industrial de bebidas, a precisão do nível do líquido é um dos principais indicadores de qualidade do produto. O enchimento excessivo leva ao desperdício de produto e ao aumento dos custos, enquanto o enchimento insuficiente pode gerar queixas por parte dos consumidores e prejudicar a reputação da marca.

As estatísticas mostram que as perdas de custos causadas por níveis de líquido abaixo do padrão podem representar 2% a 5% dos custos totais de produção. A moderna tecnologia de deteção de nível de líquido em latas, através de métodos automatizados e de alta precisão, melhora a exatidão do controlo de nível de líquido para dentro de ±0,5 mm, tornando-se um elemento fundamental para garantir a qualidade do enchimento.

1. A importância da deteção do nível de líquidos: um equilíbrio multidimensional entre qualidade, custo e marca.

A deteção do nível de líquido desempenha múltiplas funções no enchimento de latas. Do ponto de vista da qualidade, níveis de líquido abaixo do padrão podem indicar problemas de vedação, levando à deterioração da bebida ou a fugas de dióxido de carbono.

No caso das bebidas gaseificadas, o enchimento excessivo pode levar a uma pressão excessiva no interior da lata, podendo provocar o rompimento da garrafa em casos graves. O enchimento insuficiente prejudica diretamente os interesses do consumidor e afeta a reputação da marca.

Do ponto de vista económico, o controlo preciso do nível de líquido significa uma poupança direta de custos. Tomando como exemplo uma linha de produção com uma produção anual de dezenas de milhões de latas, a redução do excesso de enchimento em 1 ml por lata pode poupar dezenas de milhares de litros de matéria-prima anualmente.

Os equipamentos de deteção de nível de líquidos podem identificar e remover produtos fora do padrão em tempo real durante operações de alta velocidade, evitando que produtos defeituosos em grande escala entrem no mercado.

Os modernos sistemas de gestão de enchimento não só detectam os níveis de líquido, como também recolhem informações importantes sobre a qualidade geral do produto e monitorizam o desempenho das máquinas de enchimento e fecho. Fornecem dados estatísticos precisos sobre cada válvula de enchimento, permitindo alertas precoces antes que as válvulas defeituosas falhem completamente, evitando interrupções na produção e perdas de lotes.

2. Análise da Tecnologia de Detecção: A Evolução das Metodologias Tradicionais às Avançadas

Com os avanços tecnológicos, a tecnologia de deteção de nível de líquidos evoluiu de métodos simples para complexos, de métodos de contacto para métodos sem contacto. Atualmente, as principais tecnologias de deteção incluem as óticas, ultrassónicas e de raios X.

A tecnologia de deteção por raios X é atualmente a solução de deteção de alta precisão mais utilizada. O seu princípio de funcionamento baseia-se no facto de que, quando os raios X penetram no recipiente, diferentes níveis de líquido criam diferentes projecções no receptor de raios X. O sistema determina se o nível do líquido é aceitável analisando as alterações numéricas nestas projecções.

Esta tecnologia oferece uma elevada precisão, atingindo ±0,4 mm, e uma velocidade de deteção superior a 1500 latas por minuto.

A tecnologia de deteção ótica utiliza uma câmara para captar a posição do nível do líquido e é adequada para recipientes transparentes ou translúcidos; a tecnologia ultrassónica determina a altura do nível do líquido com base no tempo de eco e é adequada para diversos tipos de recipientes. A vantagem da tecnologia óptica é a sua rapidez, mas é limitada pela transparência do recipiente; a tecnologia ultrassónica não é afetada pelo material do recipiente, mas pode ser suscetível a interferências ambientais.

Os sistemas modernos de deteção avançada, como o MAOTONG, empregam uma arquitetura modular, integrando múltiplos programas de deteção. Não só podem detetar o nível de líquidos, como também realizar uma inspeção de 360 ​​graus de toda a tampa do recipiente, identificando problemas como tampas tortas ou inclinadas e anéis de vedação danificados.

Alguns sistemas também integram o módulo MAOTONG O2 para detetar o ar residual que pode causar uma rápida deterioração do produto.

3. Sistema de Gestão de Enchimento: A Integração da Automação e da Inteligência

Os modernos sistemas de gestão de enchimento são muito mais do que simples deteção de nível de líquido; são sistemas complexos que integram tecnologia de sensores, controlo por PLC (Programmable Logic Controller) e rastreabilidade de dados. O sistema utiliza um PLC como núcleo, monitorizando o estado da produção em tempo real através de sensores de alta precisão, formando um sistema de controlo em malha fechada.

Durante o funcionamento do sistema, o PLC atua como o "centro nervoso", dependendo dos dados de feedback dos sensores em cada etapa. Os sensores fotoelétricos detetam a posição e a quantidade de garrafas vazias; os sensores de pesagem monitorizam as variações de peso durante o processo de enchimento; e os sensores de nível de líquido detetam o nível do líquido no recipiente. Estes sensores convertem sinais físicos em sinais elétricos, fornecendo a base para as decisões do PLC.

O controlo do enchimento é a função principal do sistema. Os sistemas modernos empregam uma estratégia de controlo em malha fechada, utilizando sensores de pesagem e sensores de nível de líquido como elementos de realimentação, combinados com algoritmos de controlo PID para construir um sistema de ajuste do volume de enchimento.

Para diferentes tipos de bebidas, o sistema pode configurar vários modos de enchimento. Por exemplo, para bebidas gaseificadas, é utilizada a tecnologia de enchimento isobárico, que controla o equilíbrio de pressão entre a cabeça de enchimento e a garrafa para reduzir a formação de bolhas.

O sistema de gestão de enchimento também possui recursos avançados de rastreabilidade de dados. O sistema recolhe dados como o rendimento, a taxa de aprovação no enchimento e o tempo de operação dos equipamentos em tempo real, enviando-os para uma base de dados via Ethernet industrial, como o PROFINET. Estes dados podem ser utilizados não só para monitorização em tempo real, mas também para gerar análises de tendências de produção, auxiliando na identificação de estrangulamentos e flutuações de qualidade no processo produtivo, fornecendo uma base para a otimização contínua.

4. Parâmetros técnicos e comparação de desempenho de equipamentos de deteção de nível de líquidos

Existem diversos tipos de equipamentos de deteção de nível de líquidos em latas de bebidas no mercado, cada um com diferentes parâmetros de desempenho para satisfazer diferentes necessidades de produção. O modelo mais avançado, MT-HFX-06H, pode atingir uma velocidade de deteção de até 2.000 latas por minuto, ou até 120.000 latas por hora.

Estes dispositivos utilizam geralmente aço inoxidável 304 e são adequados para ambientes com temperaturas de 0 a 50 °C e humidade de 0 a 90% (sem condensação). Após o enchimento, fecho e aquecimento, são instalados numa linha reta e sem pressão. O equipamento pesa aproximadamente 80 kg, tem uma potência de 100 W e suporta uma tensão de 220 V/110 V AC.

Os equipamentos avançados de deteção do nível de líquidos também integram funções de gestão do enchimento, incluindo um sistema de rastreabilidade e capacidades de deteção da cabeça de enchimento. Estas funções permitem ao sistema identificar a origem das falhas que levam a enchimentos incorretos repetidos, detetando e corrigindo problemas numa fase inicial para evitar elevadas taxas de rejeição e longos períodos de inatividade da produção.

Comparando os cenários de aplicação das diferentes tecnologias, a tecnologia de raios X oferece uma elevada precisão e velocidade, sendo adequada para linhas de produção de grande escala e alta velocidade; a tecnologia óptica é menos dispendiosa e adequada para cenários onde não é exigida uma precisão extrema; e a tecnologia ultrassónica apresenta um desempenho excecional com determinados materiais de embalagem. As empresas devem escolher a solução de deteção mais adequada com base nas características do seu produto, na velocidade de produção e nos requisitos de precisão.

5. Procedimentos Operacionais e Gestão da Segurança: Garantir a Fiabilidade da Detecção

Os procedimentos operacionais corretos são essenciais para garantir o funcionamento fiável dos equipamentos de deteção do nível de líquidos. Antes da operação, deve ser realizada uma verificação do dispositivo para assegurar o seu correto funcionamento e detetar quaisquer fenómenos anormais, como ruídos invulgares.

Os operadores devem usar equipamento de proteção individual adequado, como vestuário de trabalho, capacetes de segurança e luvas, para garantir a higiene pessoal.

A operação do equipamento de enchimento deve seguir rigorosamente o manual de instruções do equipamento. Pessoas sem formação ou que não estejam familiarizadas com o equipamento não devem operá-lo. Durante o processo de enchimento, o nível do líquido deve ser verificado frequentemente para garantir que o nível de líquidos, tanto de bebidas leves como densas, não está abaixo do valor definido.

Em termos de medidas de segurança, devem ser tomadas as devidas precauções na utilização de equipamentos de enchimento, como a instalação de sinalização de aviso e o fornecimento de extintores. É proibido fumar, beber e praticar atos de violência no local de trabalho para garantir a segurança. Em situações de emergência, os operadores devem saber como desligar ou desligar a energia rapidamente.

A manutenção regular é crucial para garantir o funcionamento estável do equipamento a longo prazo. Isto inclui manter o equipamento seco, realizar inspeções e manutenções regulares e limpar todos os componentes internos da máquina de enchimento. O filtro do separador de ar e água, o copo de recolha de água e o elemento filtrante necessitam de ser limpos regularmente para garantir que o equipamento está em ótimas condições.

6. Tecnologias Inovadoras e Tendências Futuras: Controlo Inteligente e Adaptativo

A tecnologia de deteção do nível de líquidos em latas está a evoluir para uma direção mais inteligente e adaptativa. Um sistema automático de controlo de enchimento de latas baseado num microcontrolador incorporado utiliza o microcontrolador STM32MP151 como núcleo de controlo, com um ecrã táctil exterior para controlo, bem como sensores de posição e fotoelétricos para realizar a identificação e deteção automáticas durante todo o processo.

O percurso de preensão do braço robótico utiliza um método de controlo fuzzy, criando um controlador PID fuzzy com erro e e taxa de erro ec como entradas, conseguindo um controlo preciso através de funções de quantização e tabelas de regras fuzzy.

Outra inovação é o sistema de enchimento com transmissão por roda estrela, que integra o mecanismo de deslocamento de gás e a máquina de fecho, permitindo que a tampa e o corpo da lata se movam sincronizadamente antes da montagem. Durante este processo, o corpo da lata sofre uma deslocação de dióxido de carbono até que o fecho esteja completo, impedindo eficazmente a entrada de oxigénio e garantindo a qualidade do produto.

Este design reduz o percurso do sistema de enchimento, diminui a área ocupada e evita salpicos de líquido causados ​​por impactos nas latas.

No futuro, com o desenvolvimento da Internet das Coisas e das tecnologias de inteligência artificial, os sistemas de deteção do nível de líquidos tornar-se-ão mais inteligentes. A transmissão de dados baseada em redes 5G permitirá a previsão de falhas nos equipamentos, e a análise de big data poderá otimizar os parâmetros de enchimento.

Os algoritmos de controlo adaptativo podem ajustar automaticamente os parâmetros de enchimento com base nas características da bebida, melhorando a adaptabilidade do sistema a diferentes produtos.

Com os avanços tecnológicos, a precisão da deteção do nível de líquido nas latas evoluiu de milímetros para micrómetros. Os novos equipamentos de deteção, como o MT-HFX-06H, podem atingir velocidades de até 1500 latas por minuto com uma precisão de ±0,4 mm, enquanto os custos diminuem ano após ano. Este progresso permite que as pequenas e médias empresas beneficiem também das vantagens de qualidade proporcionadas pela deteção de alta precisão.

No futuro, os sistemas de deteção de nível de líquidos integrados na Internet das Coisas e a inteligência artificial tornar-se-ão configurações padrão. O sistema será capaz de analisar dados em tempo real, prever falhas nos equipamentos e ajustar os parâmetros de enchimento de forma adaptativa, promovendo uma mudança da "deteção" para a "prevenção". Para os fabricantes de bebidas, investir em sistemas avançados de deteção do nível de líquidos e de gestão de enchimentos já não é apenas uma questão de controlo de qualidade, mas uma escolha estratégica para aumentar a competitividade global.