Modelo de Monografia - UniToledo

LUIZ FERNANDO RUGIANO VIEIRA

ESTUDO DE PERDA POR MAQUINISMO EM

AMBALAGENS DE PAPELÃO ONDULADO

Trabalho de conclusão de curso apresentado

como requisito para obtenção do título de

Bacharel em Engenharia Mecânica, sob

orientação do professor Dr. Rangel

Nascimento e co-orientação do professor Dr.

João Luiz Zamperin.

Centro Universitário Toledo

Araçatuba – SP

2016

DEDICATÓRIA

À Ariély Cristiny Previato Vieira, minha esposa mui amada;

Dedico.

AGRADECIMENTOS

Agradeço ao meu pai Arildo, pelo esforço em sempre me fazer seguir no caminho dos

estudos e do trabalho. E a minha mãe Sílvia, pelo apoio psicológico sempre presente nos

momentos mais difíceis.

RESUMO

Este trabalho tem por objetivo levantar, apresentar e confrontar as das diferenças no

desempenho de embalagens de papelão logo após seu ondulamento (processo onde o papel

kraft é ondulado e colado entre duas capas) e após sua conversão em embalagem

propriamente dita. Embalagem esta que necessita de impressão, vincos, picotes, e tudo mais

que possa vir a ser solicitado pelo mercado. O trabalho será aplicado utilizando como

referência uma planta fabril multinacional de grande porte localizada na cidade de Araçatuba,

interior de São Paulo, realizando todos os testes em seu laboratório do setor de Garantia da

Qualidade. O mesmo está delimitado a utilização de fibras virgens, também chamados de

kraft ou kraftliner, o que para fins acadêmicos, significa dizer que somente serão abordados

papéis (capa e miolo) virgens, não reciclados e de alta qualidade. Em suma, espera-se então

um valor relacionando esta perda de resistência entre as duas etapas do processo em

porcentagem (aqui chamado de perda por maquinismo), sintetizando um valor padrão para

futuros projetos de embalagem, tentando localizar as variáveis que mais impactam nos

mesmos, e finalmente, motivar futuros trabalhos e melhorias para reduzi-los.

Palavras-Chave: Embalagem; Papelão Ondulado; Desempenho; Compressão; Qualidade;

Perda por Maquinismo.

ABSTRACT

The purpose of this work is to present and compare the differences in the

performance of cardboard packaging after the corrugation (a process where the kraft paper is

corrugated and glued between two layers) and after its conversion into packaging. Packaging

that needs printing, creases, cuts, and everything else that may be requested by the market.

The work will be applied using as reference a large multinational manufacturing plant located

in the city of Araçatuba, interior of São Paulo, performing all the tests in its laboratory of the

Quality Assurance sector. The work is limited to the use of virgin fibers, also called kraft or

kraftliner, which for academic purposes, means that only virgin, non-recycled and high

quality paper (cover and core) will be researched. In short, a value can then be expected by

relating this loss of performance between the two stages of the process in percentage (here

called loss per machinism), synthesizing a default value for future packaging projects, trying

to locate the variables that most impact on these, and finally motivate future works and

improvements to reduce them.

Keywords: Packaging; Corrugated Cardboard; Performance; Compression; Quality; Loss by

machinism.

SUMÁRIO

I – INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 08

1.1 Prólogo das embalagens .................................................................................................... 08

1.2 História do Papelão Ondulado ........................................................................................... 08

1.3 O Brasil e o Papelão Ondulado.......................................................................................... 12

1.4 O desempenho do Papelão Ondulado ................................................................................ 14

II – OBJETIVO ..................................................................................................................... 16

III – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................... 17

3.1 Componentes do papelão ondulado/processo de fabricação ............................................. 17

3.2 Estruturas de papelão ondulado ......................................................................................... 19

3.3 Tipos de onda de papelão ondulado .................................................................................. 20

3.4 A embalagem de papelão ondulado ................................................................................... 23

3.5 Ensaios para avaliação de estruturas e embalagens de papelão ondulado ......................... 25

3.6 Condicionamento do papelão ondulado e seus componentes para ensaio......................... 27

3.7 Ensaios de papelão ondulado ............................................................................................. 28

IV – MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................................ 30

4.1 Metodologia dos testes ...................................................................................................... 30

4.1.1 Escolha do material que será estudado ........................................................................... 30

4.1.2 Coleta das amostras onduladas ....................................................................................... 31

4.1.3 Condicionamento das amostras ...................................................................................... 31

4.1.4 Coleta das amostras convertidas ..................................................................................... 32

4.2 Corte das amostras não convertidas................................................................................... 33

4.3 Testes de compressão ........................................................................................................ 35

V – RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................... 36

5.1 Análise e estudos das amostras .......................................................................................... 36

5.1.1 Análise de perda por máquina ........................................................................................ 36

5.1.2 Resultados da Máquina de Conversão #1 ....................................................................... 36

5.1.3 Resultados da Máquina de Conversão #2 ....................................................................... 42

5.2 Análise de perda por finalidade ......................................................................................... 47

5.3 Sintetizando os valores encontrados .................................................................................. 59

VI – CONCLUSÃO ............................................................................................................... 60

VII– REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 61

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I – INTRODUÇÃO

1.1 – Prólogo das embalagens

Com um cenário mundial competitivo e um mercado em constante mudança, não

existe espaço para os empreendimentos que não se atentem ao nível de qualidade que

atendam as solicitações de seus clientes. Justamente nesta linha de raciocínio, eleva-se

mais ainda a importância de uma embalagem que suporte as mais diversas adversidades de

modo a manter a integridade de toda e quaisquer manufatura.

De pouco adianta uma indústria produzir sua manufatura com altíssimos níveis de

qualidade, porém se sua carga for comprometida por conta de uma embalagem de

qualidade ruim, que não tenha capacidade de suportar as vibrações do caminhão que a irá

transportar; ou menos ainda, um frigorífico que, ao congelar suas aves para exportação,

não tenham embalagens tratadas corretamente e as mesmas são suportem a umidade dos

refrigeradores.

De contrapartida, como é exaustivamente estudado em engenharia, não se pode

sobredimensionar um projeto no intuito do mesmo ficar muito mais resistente, maior e

mais bonito. Deve-se configurar o produto para atender as intempéries e adversidades

conforme orientado pelo cliente com uma mínima margem de segurança, de modo a

atender os desafios econômicos do mercado mantendo um preço competitivo e obviamente

zelando pela integridade do produto do cliente.

1.2 – História do papelão ondulado

No século passado, tão rico em transformações que surgiu o papelão ondulado,

inicialmente projetado como proteção interna de chapéus, na Inglaterra de 1856. As

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características de proteção e a facilidade de trabalho deste versátil material foram logo

adaptadas para o uso em embalagens. Em 1871, o americano Albert L. Jones patenteou

embalagens produzidas em papelão ondulado para envolver produtos frágeis, como

garrafas de vidro (JORSA, 2016).

No século 20, o papelão ondulado continuaria sendo a matéria-prima mais utilizada

no mundo para proteger, transportar e expor mercadorias, permeando a cadeia de produção

de produtos de consumo.

Hoje, a tecnologia do papelão ondulado oferece diversas gramaturas em

composições de capa e miolo que permitem uma variedade de estruturas rígidas e, ao

mesmo tempo, leves, para as mais diversas aplicações. Com inovações em design e

sistemas construtivos, impressão e acabamento de alta qualidade, as embalagens de

papelão ondulado expandem suas fronteiras e passam a ser notadas nos pontos de venda

mundiais, como embalagens primárias sustentáveis.

A tecnologia da produção da embalagem de papelão ondulado evolui sempre, e

suas qualidades essenciais, cada vez mais valorizadas, permanecem intactas: matéria-prima

100% reciclável, 100% biodegradável e 100% proveniente de fontes renováveis (ABPO,

2015). No ano de 2015, cerca de 73,3% do volume total de papelão consumido foi

reciclado, esse valor corresponde a cerca de 3.393.000 toneladas, conforme o CEMPRE

(2016). Apesar do índice de reciclagem relativamente alto, ainda há muito a se explorar e

expandir na reciclagem de papelão no Brasil.

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Imagem 1: Exemplo clássico de aparas aguardando a reciclagem

Fonte: Aparas Vitória (2014)

As grandes usinas de reciclagem estão concentradas nos grandes polos industriais,

fazendo com que a área de alcance de coleta e reciclagem do papelão não seja uniforme em

todo território brasileiro, ou seja, ainda há regiões do Brasil em que a taxa de reciclagem

do papelão é baixa.

Segundo Foekel (2011), o papelão ondulado é um produto do setor de base florestal

que é produzido com pastas celulósicas de fibras longas, oriundas tanto de fibras virgens

como de fibras recicladas, sua principal matéria-prima. As principais fibras usadas no

hemisfério sul para a produção desses papéis são aquelas individualizadas (e

posteriormente recicladas) a partir das madeiras de Pinus. O papelão ondulado também é

comumente chamado de corrugado. A razão para ambas as denominações é o fato de o

miolo ter camadas de papel em ondas corrugadas.

De acordo ABPO, alguns fatos históricos que marcaram sua evolução no período:

1856 – Dois ingleses obtiveram a patente para o primeiro uso conhecido do papelão

ondulado como proteção interna de chapéus. Naquele ano, surgiu também a

primeira onduladeira, muito simples, com dois rolos ondulados, operados

manualmente;

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1871 – A primeira utilização do papelão ondulado como embalagem, foi quando o

americano Albert L. Jones obteve a patente para envolver produtos frágeis, como

garrafas, em embalagens produzidas com esta matéria-prima;

1881 – Foi criada a primeira single facer motorizada, que foi introduzida na

Inglaterra em 1883; na Alemanha em 1886; e na França em 1888;

1895 – A primeira onduladeira conhecida foi projetada por Jefferson T. Ferres, da

empresa Sefton Manufacturing Co;

1903 – Um produtor de cereais usou, pela primeira vez, uma caixa de papelão

ondulado em parede simples (capa/miolo/capa), conseguindo a aprovação oficial

deste tipo de embalagem de transporte;

1952 – Foi constituída a FEFCO (Federation Européne des Frabricantes de Carton

Ondulé). Segue abaixo alguns exemplos de embalagens seguindo o código FEFCO:

Imagem 2: Exemplos de algumas caixas e seus códigos FEFCOs:

Fonte: Elaborado pelo próprio autor

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1.3 – O Brasil e o papelão ondulado

Aproximadamente 80 anos após a invenção da primeira máquina onduladeira de

papel é que o papelão começou efetivamente a ser produzido no Brasil. A seguir, serão

apresentados algumas datas e fatos ocorridos na história do papelão ondulado, os quais

marcaram sua evolução no Brasil, conforme divulgado pela ABPO no ano de 2015:

1935 – A primeira fábrica de papelão ondulado foi constituída pelos Srs. João

Costa e Ribeiro, que introduziram no nosso mercado o ondulado de parede

simples, até então importado da Alemanha. A produção de embalagens de papelão

ondulado mostrou um rápido crescimento, acompanhando a Revolução Industrial

e respondendo à pronta demanda por mais embalagens de transporte, como

também caminhando paralelamente às atividades econômicas.

1974 – Foi fundada a ABPO (Associação Brasileira do Papelão Ondulado). No

seu primeiro Anuário Estatístico, a ABPO apontava que a produção de papelão

ondulado no Brasil havia crescido de 220 mil toneladas, em 1970.

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Tabela 1: Boletim Estatístico do setor produtivo de embalagens papelão ondulado:

Fonte: ABPO - (Boletim Estatístico, dez. 2015)

As caixas de papelão ondulado são leves, de baixo custo e bastante eficientes nos

transportes industrializados e in natura. Nos Estados Unidos, são utilizadas na distribuição

de 90% desses produtos e no Brasil esse índice é de 70% (Informes Institucionais ABPO,

2016), sendo sua demanda utilizada como medidor da atividade econômica de um país.

Segue abaixo gráfico com os principais seguimentos consumidores de papelão

ondulado:

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Tabela 2: Principais segmentos consumidores de embalagem de papelão:

SETORES PARTICIPAÇÃO %

Alimentício 35,4

Avicultura/Floricultura 9,7

Químico e Derivado (higiene e limpeza) 8,8

Bebida/Fumo 6,7

Têxtil/Vestuário 3,4

Farmacêutico/Perfumaria 3,1

Metalurgia 2

Eletroeletrônicos 1,8

Chapas de PO para cartonagens 14,6

Outros 14,5

Fonte: ABPO - (Boletim Estatístico, dez 2015)

Das 10,3 milhões de toneladas de papel produzidas no Brasil em 2015, 4 milhões

foram destinados ao setor de papelão ondulado, ou seja 39% do montante total (ABPO,

2015).

1.4 – O desempenho do papelão ondulado

O desempenho do papelão ondulado tem sido avaliado por meio de ensaios

padronizados, com condições constantes de temperatura e umidade relativa. Como

mencionado por Ardito (2000), vários trabalhos realizados indicam que esses ensaios

podem prever, com segurança, o desempenho do papelão quando exposto a ambientes com

50% de Umidade Relativa (UR).

Entretanto os ensaios realizados em condições padronizadas de temperatura e

umidade relativa não são adequados para avaliar o desempenho do papelão ondulado

quando submetido às condições de umidade cíclica que ocorrem naturalmente no sistema

de distribuição, pelas mudanças climáticas ou movimentação de produtos em câmaras

frigoríficas.

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Sabe-se que em ambientes com alta umidade relativa o papelão ondulado absorve

água e, consequentemente, perde resistência. Essa perda é muito mais acentuada, se o

papelão ondulado for exposto a condições de umidade relativa cíclica. O ganho e perda de

umidade em condições de umidade relativa cíclica, levam o papelão a colapsar em

compressão muito mais rapidamente, mesmo que o conteúdo de umidade médio seja

menor que em condições de umidade relativa alta (ARDITO, 2000).

Para compensar a perda de resistência do papelão ondulado no sistema de

distribuição, a indústria utiliza fatores de segurança, que podem variar de 3 a 10

(dependendo muito do fabricante da embalagem), sendo que, os maiores valores são para

os produtos in natura.

Torna-se imperativo, portanto, aprofundar o conhecimento dos fatores que

influenciam o desempenho das embalagens de papelão ondulado, e como já fora dito

acima, o foco deste trabalho é aplicar testes empíricos e determinar quanto é o impacto

somente do maquinário responsável pela conversão de embalagens.

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II – OBJETIVO

O objetivo deste trabalho é levantar com testes empíricos de laboratório, o quanto

existe de perda por maquinismo (em média) após a conversão de chapas de papelão ondulado

em embalagens. Sempre isolando outras variáveis geradoras de perda como: umidade,

temperatura, manuseio e transporte, por exemplo. Além de levantar os valores percentuais em

si, o trabalho também visa estudar as possíveis variáveis influenciadoras das perdas, tais como

o tipo de máquina utilizada na conversão, modelo de caixa, gramatura de papelão, nível de

detalhes do projeto da embalagem e tratamento do papel.

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III – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Componentes do papelão ondulado/ processo de fabricação

De acordo com a ABNT (2014), papelão ondulado é a estrutura formada por um ou

mais elementos ondulados (papel miolo) fixados a um ou mais elementos planos (papel capa),

por meio de adesivo aplicado no topo das ondas.

Imagem 3: Ilustração da estrutura do papelão ondulado.

Fonte: ABPO (2016).

Normalmente, a matéria-prima para obtenção do papel, usado na fabricação do

papelão ondulado, é a celulose proveniente da madeira de árvores coníferas, como Pinus, que

fornecem celulose de fibra longa. Árvores folhosas, como o Eucalipto, fornecem celulose de

fibra curta, que geralmente é usada na fabricação de papéis de escritório e imprimir.

A celulose de fibra longa concede ao papel uma alta resistência mecânica,

característica necessária para embalagens tais como as caixas de papelão ondulado, enquanto

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a celulose de fibra curta proporciona um papel com melhor formação e acabamento, indicado

para fins de impressão e escrita.

A resistência mecânica do papel não depende somente das características

morfológicas da fibra, como seu tamanho e largura, mas também de outros fatores, entre os

quais o processo usado para sua obteção. Para a obtenção da pasta celulósica podem ser

usados vários processos, sendo mais empregados os processos de alto rendimento, os

semiquímicos e os processos químicos (ABPO, 2016).

Nos processos de alto rendimento, como o processo mecânico, por exemplo, a

madeira é pressionada contra um elemento triturador, que pode ser uma pedra um disco

metálico ranhurado, sendo o veículo de transporte do material moído a água. É um processo

de alto rendimento, pois não remove a lignina e carboidratos da madeira além de fornece ao

papel de baixa resistência mecânica, usado apenas como papel jornal ou papel toalha. Nos

processos químicos a madeira é cozida com agentes químicos, tais como soda cáustica ou a

mistura desta adição com sulfeto de sódio (processo Kraft), para remover grande parte da

lignina e carboidratos, produzindo uma pasta de alta qualidade, a qual é usada na fabricação

de papéis que exigem alta resistência mecânica, como os usados em embalagens.

Combinações dos processos químicos e mecânicos, denominados processos

semiquímicos, também são usados para converter madeira em pasta. Nos processos

semiquímicos, após a operação de lavagem da matéria-prima, efetua-se um cozimento parcial

da madeira com soda cáustica ou sulfato de sódio neutro, com a finalidade de amolecer a

lignina e carboidratos que unem as fibras sendo em seguida feita a moagem em um refinador

de disco. A pasta semiquímica é usada, também, na fabricação de papéis que exigem alta

resistência mecânica como o papel miolo, empregado na fabricação de papelão ondulado.

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3.2 Estruturas de papelão ondulado

As estruturas de papelão ondulado são classificadas de acordo com o número de

capas e miolo usado na sua formatação (ABNT, 2014). Assim, tem-se:

Papelão de face simples é a estrutura formada por um elemento ondulado

(miolo), colado a apenas um elemento plano (capa). O papelão ondulado de

face simples é usado como material de acolchoamento ou divisória e para

algumas embalagens de lâmpadas.

Papelão de parede simples é a estrutura formada por um elemento ondulado

(miolo), colado, nos dois lados, e elementos planos (capas) O papelão

ondulado de parede simples é usado principalmente para a fabricação de

caixas. A especificação de seus componentes é sempre feita da capa externa

para a interna.

Papelão ondulado de parede dupla é a estrutura formada por três elementos

planos (capas), colados a dois elementos ondulados (miolo) intercalados. O

papelão de parede dupla é usado na fabricação de caixas que requerem maior

resistência ao empilhamento. A especificação dos seus componentes se inicia

pela capa externa.

Papelão ondulado de parede tripla é a estrutura formada por quatro

elementos planos (capas), colados a três elementos ondulados (miolos). O

papelão de parede tripla é usado principalmente como calço e divisórias e em

casos específicos de caixas que requerem elevada resistência. A especificação

de seus componentes também se inicia pela capa externa.

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Imagem 4: Tipos de parede:

Fonte: ABPO (2016)

3.3 Tipos de onda de papelão ondulado

As ondas conferem ao papelão maior ou menor resistência contrachoques e

esmagamento, dependendo do tipo de ondulação empregado.

Segundo Pichler (1987), existem quatro tipos padronizados de ondas: A, B, C e E. O

tipo de onda é caracterizado pela altura das ondas e pelo número de ondas por unidade de

comprimento.

A onda A (altura = 4,2 a 4,5mm e n° onda/10cm = 11 a 13) é a mais alta e

espaçada conferindo ao papelão ondulado boa característica de

acolchoamento e melhor desempenho em compressão na direção topo-base da

caixa. A desvantagem da onda A é que ela é mais difícil de dobrar e vincar

para a formação de embalagem que os outros tipos de onda.

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Imagem 5: Ilustração de onda A.

Fonte: Elaborado pelo próprio autor (2016).

A onda B (altura = 2,5 a 2,6mm e n° onda/10cm = 16 a 18), devido ao seu

maior número de ondas por unidade de comprimento, é utilizada quando se

precisa de maior resistência ao esmagamento, proporcionando também boa

superfície de impressão.

Imagem 6: Ilustração de onda B.


A onda C (altura = 3,6 a 3,7mm e n° de onda/10cm = 13 a 15) tem

propriedades intermediárias àquelas das ondas A e B.

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Imagem 7: Ilustração de onda C.


A onda E (altura = 1,2 a 1,4mm e n° de onda/10cm = 31 a 38), pelo seu

elevado número de ondas no comprimento, também proporciona boa

superfície de impressão. O papelão ondulado com onda E, ou microondulado,

como é conhecido, situa-se entre o cartão e o papelão ondulado, sendo muito

utilizado em caias destinadas ao consumidor final, tais como

eletrodomésticos, ferramentas, bebidas alcoólicas, etc., ou seja, em situações

cujo tamanho inviabiliza o uso de cartão (Ardito, 2000).

Imagem 8: Ilustração de onda E.


Tendo como base as diferentes propriedades das ondas, podemos dizer que a onda B

é a que melhor atende às exigências de embalagens para produtos enlatados. Os produtos

enlatados suportam cargas relativamente grandes no empilhamento, não exigindo da caixa alta

resistência na direção topo/base. Além disso, as concentrações de tensões provocadas pelo

peso do produto e o formato das bordas das latas, nas paredes e fundo da caixa, exigem uma

boa resistência ao esmagamento do papelão ondulado.

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Segundo ARDITO (2000 apud PICHLER, 1987), para produtos incapazes de

suportar cargas de empilhamento, tais como, produtos hortícolas, cartuchos em geral,

biscoitos, etc., a utilização da onda A ou C é a mais indicada. Como a onda A não é utilizada

no Brasil, a onda C e BC têm sido largamente empregada para produtos que requerem

resistência da caixa do empilhamento.

3.4 A embalagem de papelão ondulado

Uma das vantagens do papelão ondulado é a facilidade que oferece para a fabricação

de caixas com diferentes estilos e uma grande variedade de acessórios internos.

Os diferentes estilos de caixas e acessórios internos são padronizados e codificados

pela FEFCO (Federation Européne des Frabricantes de Carton Ondulé) e publicados pelo

ASSCO & FEFCO (International Fiberboard Case Code) (FEFCO, 2016). Esta publicação

substitui longas e complicadas descrições de caixas e acessórios, por 4 números

internacionalmente conhecidos.

No Brasil é adotada a codificação empregada pela FEFCO, sendo que os códigos dos

modelos de caixas que não constam na classificação europeia são precedidos pela letra B

(ABNT, 1974).

A caixa código 0201, também conhecida como caixa normal ou caixa maleta, é a

mais usada, uma vez que sua construção é a mais econômica. Esta caixa consiste basicamente

de uma peça com junta grampeada ou colada, com abas na parte superior ou inferior.

Outros tipos de caixa de papelão comuns no mercado brasileiro são: telescópicas,

envoltório, bebidas, gavetas, rígidas, pré-montadas, beg-in-box, bright in box, plaform, etc. É

usada também, uma série de acessórios internos no papelão ondulado dependendo da

aplicação das caixas.

Seguem abaixo alguns exemplos dos itens citados:

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Imagem 9: Caixa normal ou maleta.

Fonte: Westrock (2016).

Imagem 10: Frutas ou Bright in Box®.


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Imagem 11: Bebidas.


3.5 Ensaios para avaliação de estruturas e embalagens de papelão ondulado

Há uma série de ensaios padronizados para avaliação do papelão ondulado e suas

embalagens. A especificação de um ou outro ensaio irá depender de seu uso final.

Diferentemente de outros países, como os Estados Unidos da América e países da

Europa que instituíram especificações em âmbito de organizações (Regra 41 nos EUA e

FEFCO na Europa), no Brasil as especificações se desenvolveram em âmbito dos usuários,

onde cada um instituiu seus próprios critérios.

Durante muitos anos, o ensaio de resistência ao arrebentamento (teste de Mullen) foi

considerado o ensaio mais importante para o papelão ondulado, tanto que a Regra 41 apenas

se baseava neste ensaio. A resistência ao arrebentamento é definida como a pressão necessária

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para romper o papelão ondulado, quando aplicada através de uma membrana de borracha em

condições padronizadas (ABNT, 2014). O sucesso deste ensaio tinha como base o fato de que

os papéis Kraft, da mesma gramatura, apresentavam desempenho semelhante no

empilhamento.

Com o avanço da tecnologia para obtenção de papéis com resistência ao

empilhamento mais altos, independentemente do valor de gramatura, e com o aumento da

participação de fibras secundárias, a especificação do papelão ondulado com base no ensaio

de arrebentamento tem sido questionada. Hoje, o resultado deste ensaio está mais relacionado

com a resistência ao manuseio das caixas, enquanto o desempenho no empilhamento tem sido

relacionado com a resistência a compressão de coluna do papelão ondulado e resistência à

compressão da caixa (ARDITO 2000 apud PICHLER, 1987).

Várias metodologias têm sido propostas para a determinação da resistência à

compressão de coluna, onde as modificações mais significativas são no tamanho e o formato

do corpo-de-prova. De acordo com McKEE et al. (1963), os métodos de ensaio mais

adequados são os que mais especificam o reforço das bordas do corpo-de-prova com parafina

ou os que especificam um entalhe para orientar o colapso, uma vez que evitam a flambagem

do corpo-de-prova durante o ensaio.

Outro ensaio relacionado com o desempenho do papelão ondulado no empilhamento

é o ensaio que mede a rigidez à flexão do papelão ondulado, uma vez que o abaulamento dos

painéis das caixas diminui sua resistência a compressão. A rigidez à flexão é diretamente

proporcional à espessura da estrutura de papelão ondulado e à qualidade da capa e do miolo.

(ARDITO 2000 apud McKEE, 1963).

A medida de rigidez mais aceita internacional determinada com o papelão ondulado

submetido à flexão em quatro pontos, efetuada conforme a norma TAPPI T 820 cm-85

(ARDITO 2000 apud TAPPI, 1994).

Ensaios de gramatura, espessura, taxa de absorção de água (teste de Cobb) e teor de

umidade são ensaios usados para a caracterização do papelão ondulado, sendo efetuados

principalmente pelo fabricante (ARDITO 2000 apud MARCONDES, 1994, JÖNSON, 1999).

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3.6 Condicionamento do papelão ondulado e seus componentes para ensaio

A pasta celulósica, embora insolúvel, possui grande afinidade com água. A água

tende a enfraquecer as ligações entra as fibras do papel, alterando o seu comportamento

mecânico e a sua estabilidade dimensional. Desta forma, as características de resistência do

papelão ondulado e de seus componentes dependem do seu teor de umidade.

A pasta celulósica e o papel, quando secos, absorvem água do ambiente a que estão

expostos até atingirem o equilíbrio higroscópico. Se a umidade do ar diminui, estes materiais

irão perder água para o ambiente até que o equilíbrio seja novamente restabelecido.

Entretanto, os teores de umidade de equilíbrio, nos dois casos, não serão os mesmos. O teor

de umidade de equilíbrio obtido na absorção de água destes materiais é menor que o valor

obtido pela absorção de água, fenômeno conhecido como histerese (ARDITO et al., 1988).

Portanto, as propriedades de resistência do papelão ondulado e de seus componentes

não depende apenas das condições de umidade relativa do ambiente, mas também, do sentido

de chegada à umidade de equilíbrio.

Essa situação é contornada durante os ensaios de laboratório, pelo pré-

condicionamento seguido do condicionamento dos materiais, o que garante no momento do

ensaio as características do papelão ondulado são relativas à curva de absorção de umidade.

As normas TAPPI T 402 om-93 (TAPPI, 1994) e ASTM D 685-93 (ASTM, 1997

apud ARDITO, 2000) estabelecem 23±1 °C e 50±2% UR para a condição de

condicionamento e 22 a 40°C e 10 a 35% UR, para o pré-condicionamento, para todos os

materiais à base de celulose; porém esses valores não correspondem aos utilizados na empresa

cuja qual as amostras serão analisadas neste trabalho.

No Brasil, a norma NBR 6740 da ABNT especificava, até 2009, 65±2% para a

umidade relativa e 23±1 °C para temperatura como condição de condicionamento para os

materiais celulósicos. A partir de 1994, com a revisão da norma, a atmosfera normalizada para

papel, cartão e celulose, passou a ser também de 23±1 °C para a temperatura de 50±2% para

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umidade relativa com a seguinte ressalva: “para países de clima tropical, é permitido o uso de

atmosfera de 27±1°C para a temperatura e 65±2% para umidade relativa” (ABNT, 2009).

No caso de papelão ondulado, até o momento, permanece a NBR 6733 (ABNT,

1983), que estabelece 20±1°C para a temperatura e 65±2% para a umidade relativa. Como

condição de pré-condicionamento, a NBR 6733 e a NBR 6740 estabelecem de 10 a 35% para

a umidade relativa a temperatura não superior a 40%.

3.7 Ensaios de papelão ondulado

Os ensaios disponíveis para avaliação da qualidade de embalagens de papel, cartão e

papelão ondulado, de acordo com as Normas Brasileiras são:

Gramatura – É o ensaio mais comum devido à sua simplicidade e eficiência é

realizado para determinar a massa por área de papel ou papelão ondulado.

Espessura – A determinação da espessura de papéis, embora pouco utilizada

pelas indústrias, possui grande significado quando associada à gramatura no sentido

de se obter a densidade do papel, outra aplicação importante é a determinação do tipo

de onda e as condições do cilindro corrugador da onduladeira na produção de

papelão ondulado.

Umidade – Ensaio realizado para determinar o percentual de água contida em

uma amostra de papel ou papelão ondulado.

Teste de Cobb – Ensaio realizado para determinar a absorção de água em

papéis.

Porosidade – Ensaio realizado para determinar o tempo necessário para que

certa quantidade de ar sob pressão atravesse o corpo de prova.

29

Atrito – Ensaios para determinação dos coeficientes de atrito estático e

dinâmico de materiais celulósicos.

Arrebentamento – Ensaio realizado para determinar a resistência ao

arrebentamento de papéis.

Resistência à tração – Ensaio que objetiva determinar a resistência à tração de

papel e sua percentagem de alongamento.

Compressão de Caixa – Ensaio realizado para determinar a carga de colapso

da caixa de papelão ondulado e sua relação direta ao empilhamento.

Compressão de Coluna – Ensaio realizado em um corpo de prova para

determinar o comportamento da caixa de papelão ondulado durante o empilhamento.

Concora – Ensaio realizado para determinar a resistência do papel miolo.

Dimensões – Ensaio realizado para determinar as dimensões internas da caixa

de papelão ondulado.

Esmagamento – Ensaio realizado para determinar a qualidade do papel miolo

e as condições do cilindro corrugador da onduladeira.

Ring Crush – Ensaio realizado para determinar a resistência de cada

componente do papelão ondulado (capa e miolo).

30

IV – MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 Metodologia dos testes

A metodologia empregada para alcançar os resultados será executada na seguinte

sequência:

4.1.1 Escolha do material que será estudado

Antes de mais nada é necessário identificar qual o material será estudado e

programar a retirada deste item quando o mesmo estiver sendo produzido. Esse alinhamento

com a produção é importante justamente para analisar exatamente o mesmo papel em todas as

etapas do processo.

Imagem 12: Cronograma de produção (PCP); levantamento das amostras a coletar

Fonte: Elaborado pelo próprio autor. (2016)

31

4.1.2 Coleta das amostras onduladas

Com o cronograma de produção conhecido, é necessário coletar o corpo de prova

após o mesmo ser ondulado e antes de sofrer manuseio da produção e/ou paletização e

principalmente conversão. Vale lembrar que todo e quaisquer tipos de manuseio podem

interferir diretamente no resultado obtido.

Imagem 13: Chapa ondulada, sem passar pela conversão


4.1.3 Condicionamento das amostras

Para todas amostras permanecerem aptas a passarem pelo teste de compressão sem

interferências externas, as caixas são condicionadas em um ambiente atmosférico

32

preestabelecido adequado e controlado automaticamente. Tais condições são monitoradas de

hora em hora e quaisquer ocorrências devem ser relatadas.

Em número as condições são:

Temperatura 23±1 °C e Umidade 50±6% de umidade relativa.

Imagem 14: Termohigrômetro do laboratório.


4.1.4 Coleta das amostras convertidas

Ainda acompanhando a produção, coleta-se o mesmo material que fora coletado

outrora após a ondularem, agora na conversão. Também 10 unidades.

Em síntese, o que se adquire neste instante do processo é a embalagem propriamente

dita, após manuseio operacional, passar por todo o maquinário de conversão, paletização,

movimentação por empilhadeiras etc.

Apesar de isso ser indiferente, estas amostras ficam armazenadas juntamente com as

não convertidas, mais por título armazenagem e organização propriamente dita.

33

Imagem15: Amostras convertidas e acondicionadas no laboratório


4.2 Corte das amostras não convertidas

Com todas as amostras em mãos, é necessário converter as caixas ainda não

convertidas de modo a não degradar o material. Isso é feito com a utilização de uma máquina

de plotagem onde a mesma corta e vinca a chapa ondulada de modo a mesma ter o formato

idêntico ao da chapa convertida.

A máquina Plotter utilizada para o corte vincagem das amostras é a Kongsberg XN

da empresa ESKO.

34

Imagem 16: Plotter utilizada para corte das amostras não convertidas


Abaixo, uma amostra não convertida sendo cortada pela Plotter:

Imagem 17: Plotter utilizada para corte das amostras não convertidas


35

4.3 Testes de compressão

Todos os testes de compressão serão efetuados no laboratório da Garantia da

Qualidade da própria empresa, utilizando a Prensa de Caixas modelo P-6000M.

Imagem 18: Prensa de caixas para análise de compressão

Fonte: Regmed (2016).

A prensa possui um painel alfanumérico em cristal líquido onde oferece os resultados

em Kg.f.

Imagem 19: Análise de caixa uma caixa de Manga


36

V – RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Análise e estudos das amostras

Para obtenção de resultados mais precisos e orientativos, as amostras coletadas serão

analisadas de na seguinte sequência na seguinte ordem de organização: Máquina e tipo de

caixa, no caso se estas são corte e vinco ou maletas.

5.1.1 Análise de perda por máquina

A primeira análise será referenciada utilizando as duas Máquinas de Conversão da

fábrica.

5.1.2 Resultados da Máquina de Conversão #1

Analisando a perda de maquinismo utilizando a máquina conversora como referência

irá definir se existe alguma máquina mais problemática que as outras, auxiliando em tomadas

de decisões futuras, quais as máquinas merecem estudos mais aprofundados, investimentos e

etc.

Abaixo um teste de caixa para frigorificados, que sempre é corte e vinco, utilizando a

Máquina de Conversão #1 como referência.

37

Tabela 3: Resultados de compressão 1, para Máquina #1

Chapa Virgem Amostra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Compressão Chapa 784 780 780 792 783 791 782 781 785 786

Embalagem Convertida Amostra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Compressão Embalagem 665 666 655 670 658 660 667 670 681 660


Gráfico 1: Resultados de compressão 1, para Máquina #1


No caso, no primeiro conjunto de 10 amostras selecionadas para a Máquina de

Conversão #1, existe uma diferença de 15,06% de compressão na chapa para a embalagem

convertida.

Dando continuidade, agora um teste com caixas de frutas, corte e vinco, utilizando a

Máquina de Conversão #1 como referência.

38









Já no segundo conjunto de 10 amostras selecionadas para a Máquina de Conversão

#1, existe uma diferença de 16,538% de compressão na chapa para a embalagem convertida.

Após o teste com caixa de frutas na Máquina Conversora #1, seguem os resultados

obtidos em uma caixa maleta para fios de nylon:

39









No teste com as caixas maleta para fios de nylon, foram obtidos resultados onde a

perda por maquinismo foi menos latente, porém, de maneira completamente inconclusiva. A

perda foi de 12,780% em sua compressão final.

Após o teste com maleta para fios de nylon, seguem os valores para caixas maleta

para 30 dúzias de ovos.

40









Já no teste com maleta para 30 dúzias de ovos, a perda por maquinismo ficou em

torno de 13,92% em relação a compressão da chapa sem conversão. Houve um pouco mais de

alteração do que a maleta de fios de nylon, porém, ainda assim as caixas apresentam uma

perda por maquinismo menor do que os itens que são corte e vinco.

Por fim, os valores de uma caixa de alho, corte e vinco, com tratamento hidro-

repelente e projetada para exportação hidroviária:

41









No último teste utilizando como referência a Máquina de Conversão #1, com uma

caixa corte de vinco, obteve-se uma perda de 15,28%. Até a este ponto do trabalho observa-se

que as caixas maleta que utilizam a rota da Máquina #1 tem uma perda por maquinismo

menor que as corte e vinco.

Dentro Máquina de Conversão #1 houve uma média de perda por maquinismo de

14,71%.

42

5.1.3 Resultados da Máquina de Conversão #2

Seguindo com a mesma sistemática da análise anterior, abaixo seguem os valores

tomando como referência a Máquina de Conversão #2. Estes valores servirão para definir se

existem ou não diferenças nas perdas associadas as rotas que as caixas podem tomar.

Iniciando com um teste de caixa maleta, 30 dúzias de ovos para exportação:









43

Para a caixa maleta para 30 dúzias de ovos exportação o resultado obtido foi de

13,84% de perda por maquinismo.

Prosseguindo, agora com uma caixa de cerveja de 600ml, corte e vinco:









44

Já para a caixa de cerveja corte e vinco de 600ml, houve uma perda de 16,75% na

compressão final, dando uma prévia de que na Máquina #2 também existe uma perda maior

nas caixas corte e vinco em relação às perdas nas caixas maleta.

Para a próxima análise, serão utilizadas caixas maleta para exportação de café

solúvel por meio hidroviário.









45

Seguindo com a tendência, a caixa maleta de café para exportação, onde a mesma é

desenvolvida com um papel hidro-repelente e de alta coluna para suportar todas as

intempéries, a perda por maquinismo continua menor do que as embalagens em corte e vinco.

No caso a parda por maquinismo é de 13%.

Para a próxima análise na Máquina de Conversão #2, caixas de limão 5 kg, corte e

vinco para o mercado interno serão analisadas.









46

Para a caixa de limão de 5 kg, corte e vinco onde é necessária pouca compressão,

obteve-se uma perda de 15,32%. Pode-se considerar uma grande perda para um caixa onde a

compressão é tão baixa.

Para encerrar as análises utilizando as máquinas como referência, seguem os

resultados de uma caixa maleta para latas de leite em pó.









47

Por fim, a última análise consolida que em ambas as máquinas a caixa de modelo

maleta tende a perder menos por maquinismo. Nesta última análise, de uma caixa maleta para

latas de leite em pó, o valor de perda é de 12,08%.

Analisando a média entre as perdas resultantes dos maquinismos, não é possível

determinar uma rota menos ou mais prejudicial para a resistência a compressão das caixas:

Tabela 13: Média final das perdas por maquinismos, máquinas como referencial

Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Amostra 4 Amostra 5 Média

Máquina de Conversão #1 15,06 16,53 12,78 13,92 15,2 14,698

Máquina de Conversão #2 13,84 16,75 13 15,3 12 14,178


Porém, é perceptível que existem diferenças entre o as caixas maleta e corte e vinco

no que diz respeito à compressão: Enquanto a perda de compressão média encontrada nas

maletas foi de 13,12%, a perda de corte e vinco foi de 15,77%; aproximando obtém-se uma

diferença total de 2,6% de média.

5.2 Análise de perda por finalidade

Para uma compreensão total das perdas por maquinário, também é de suma

importância verificar se existe variação nas perdas no que diz respeito aos modelos de caixas,

isto é, o quanto o projeto da caixa em si pode ser relacionado às suas perdas por maquinismo.

Foram selecionados os modelos que mais se confrontam entre si, como por exemplo

caixa de frutas, onde se faz necessário uma compressão muito grande e um papel com alta

gramatura. Este valor de perda será comparado, por exemplo, com uma caixa de latas de leite

em pó, onde o produto serve como apoio para as caixas subsequentes fazendo assim com que

48

não seja necessária uma caixa tão resistente. Outro exemplo para estudo é uma caixa de

frigorificados onde é necessário um papel com hidro-repelente, comparado com uma caixa

maleta (normal) para ovo onde não há necessidade de tal tratamento.

Os exemplos supracitados são dois de vários existentes na linha de produção da

fábrica em estudo, oferecendo uma oportunidade única de descobrir se algum dos modelos

tende a ter ou não uma perda maior que as outras.

Para iniciar, abaixo segue a análise de um modelo de maleta para 30 dúzias de ovos,

que se utiliza de um papel de baixa gramatura e poucos detalhes:

Imagem 20: Caixa de ovo para cliente do interior paulista


Tabela 14: Resultado da compressão em caixa de Ovo






49

Gráfico 11: Resultados de compressão para caixa de Ovo


Seguindo o modelo de caixa de ovos como referência obteve-se uma perda média de

11,78%. É possível notar que, por ser uma caixa maleta e com papel de baixa gramatura, a

perda por maquinismo segue baixa.

Em seguida, os testes feitos em uma caixa corte e vinco para garrafas de óleo. Neste

caso trata-se de uma caixa visualmente parecida com uma maleta sem detalhes, porém suas

tratativas na linha de produção são idênticas aos corte e vinco.

50

Imagem 21: Caixa de óleo para cliente do Mato Grosso


Tabela 15: Resultado da compressão em caixa de Óleo






51

Gráfico 12: Resultados de compressão para caixa de Óleo


No caso das caixas de óleo, um modelo corte e vinco, obteve uma perda de 16,79%,

mostrando que mesmo o projeto sendo muito parecido com uma maleta, a conversão da chapa

em embalagem acarreta a mesma perda levantada nos outros corte e vinco.

Abaixo, os testes referentes a uma caixa maleta para alho de 20 kg. Esta caixa possui

gramatura elevada e alto nível de detalhes. Com essa análise será possível analise se a

quantidade de detalhes tem influência nas perdas encontradas no final do processo.

52

Imagem 22: Caixa de alho para um cliente do Nordeste


Tabela 16: Resultado da compressão em caixa de Alho






53

Gráfico 13: Resultados de compressão para caixa de Alho


Nas caixas maleta de alho, foi constatada uma perda de 11,06%, o que mostra que,

independentemente da quantidade de detalhes na embalagem e de sua gramatura as perdas

permanecem correspondentes a de uma maleta.

O próximo modelo de caixa a ser estudado é uma caixa corte e vinco para banana de

20 Kg. A mesma possui gramatura alta e quantidade relativamente baixa de detalhes, o que

neste caso, irá salientar se dentro dos modelos corte e vinco a quantidade de detalhes interfere

significativamente nas perdas por maquinismo.

54

Imagem 23: Caixa de banana para um cliente do interior paulista


Tabela 17: Resultado da compressão em caixa de Banana






55

Gráfico 14: Resultados de compressão para caixa de Banana


O modelo corte e vinco para bananas ficou na mesma média de perdas dos outros

corte e vincos: 15,48%. Todos os valores caminham para demonstrar que a quantidade de

detalhes não tem relação com a perda por maquinismo.

Para a próxima análise, será utilizada uma caixa corte e vinco para frigorificados de

30 kg. Trata-se de um item que além de uma quantidade relativamente alta de detalhes,

também possui tratamento hidro-repelente.

56

Imagem 24: Caixa de frigorificados para abatedouro do interior paulista


Tabela 18: Resultado da compressão em caixa de Frigorificados






57

Gráfico 25: Resultados de compressão para caixa de Frigorificados


O padrão de perda por maquinismo em caixas de corte e vinco se mantém: 15,36%.

Cada vez mais estes valores vão se tornando mais maduros, demonstrando que a quantidade

de detalhes, gramatura do papel e nem o tipo do repelente afetam diretamente o quão grande

será a perda por maquinismo, contudo, o fato da caixa ser corte e vinco faz com que haja um

aumento expressivo em sua perda por maquinismo.

Por último, para consolidar todos os valores, abaixo segue a análise de um item Beg-

in-Box (modelo de caixa onde é acoplado um saco plástico para transporte de óleo; trata-se de

uma maleta com alguns detalhes, vincagem específicas, picotes e tratamento especial:

58

Imagem 26: Caixa Beg-in-Box para multinacional de Óleos vegetais


Tabela 19: Resultado da compressão em caixa de Óleos vegetais






59

Gráfico 27: Resultados de compressão para caixa de Frigorificados


Encerrando os testes, neste último caso a perda foi de 11,91%, consolidando assim as

perdas existentes e suas diferenças.

5.3 Sintetizando os valores encontrados

Em síntese, já se esperava que houvessem perdas, porém, tais valores nunca foram

levantados, abaixo seguem o compilado geral de tudo que fora analisado:

Perda média por maquinismo geral: 13,73%

Perda média em caixas maleta: 12,09%

Perda média em caixas corte e vinco: 16,32%

60

VI – CONCLUSÃO

Antes de se iniciar o trabalho em questão, já se sabia sobre a existência das perdas

por maquinismo, porém não sabendo o seu real valor, por diversas vezes projetos não

atenderam algumas demandas dos clientes devido a essas perdas não serem mensuradas; ou

em outros casos, projetos eram superdimensionados de modo superar essas perdas. Com os

valores definidos de maneira empírica, é plenamente possível definir a compressão que um

novo projeto deverá ter para atender as necessidades dos clientes sem o mesmo pagar por uma

compressão elevada desnecessariamente.

Com as perdas para cada tipo de material encontradas, estes valores serão agregados

as compressões de todos os novos projetos de modo a aumentar sua resistência somente o

necessário.

Além do valor médio total de perda, também foi levantado que existe uma diferença

entre as perdas nas caixas do tipo maleta e do tipo corte e vinco na faixa de 4,23%; isto é,

existem diferenças em ambos os processos e os mesmos impactam diretamente no quão

grande será a perda por maquinismo.

Também foi constatado que outros fatores como a gramatura do papel, o nível de

detalhes do projeto, tratamento com hidro-repelente e etc., não influenciam ou influenciam

muito pouco nas perdas por maquinismo; ou seja, a única variante que deverá levantada

durante a etapa de projeção da compressão do papal é se a caixa será maleta ou corte e vinco.

Por fim, também está claro que a máquina de conversão tem um impacto ínfimo no

que diz respeito a perda por maquinismo, ao passo que essa não é uma variante no processo

de definição da compressão necessária para projetar materiais de embalagem.

61

VII– REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Trabalho de conclusão de curso, Especialização em Embalagem. Universidade Federal do

Paraná. Curitiba, PR. 45p.

ARDITO, F. G. E. Estudo do desempenho do papelão ondulado virgem e reciclado exposto a

diferentes condições de umidade relativa. 2000. Tese de Doutorado. Faculdade de engenharia

de alimentos, UNICAMP, Campinas, SP. 107p.

FIGUEIREDO, P. R. A. Modelagem de uma embalagem de papelão ondulado para produtos

hortícolas. 2004. Tese de Doutorado. Faculdade de engenharia mecânica, UNICAMP,

Campinas, SP. 78p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10520 : 2002. Informação e

documentação: Citações em documentos: Apresentação. Rio de Janeiro: ABNT, 2002. 07 p.

JORSA papéis: A história do papelão ondulado. Disponível em:

<http://www.jorsa.com.br/historia-papelao-ondulado/>. Acessado em 24 de agosto de 2016.

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Disponível em: <http://www.packsize.com/know-your-different-types-of-corrugated-

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WESTROCK Products: Produtos fabricados pela Westrock (tradução). Disponível em

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62

RECICLAGEM: Aparas Vitória. Disponível em <http://aparasvitoria.com.br>. Acessado em

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ABPO: Boletim anual de vendas de papelão ondulado. Disponível em

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FEFCO: Federação europeia dos fabricantes de cartão (papelão) ondulado (tradução).

Disponível em <http://www.fefco.org/about-fefco/what-fefco>. Acessado em 04 de maio de

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densidade básica da madeira do eucalipto. 1983. Belo Horizonte. 202p.

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