Teste de quedas de embalagem

T e s t e Q u e d a s d e E m b a l a g e m

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Teste de Quedas de Embalagem


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Índice Lista de Figuras ........................................................................................................................................................................ 3

Resumo ................................................................................................................................................................................... 4

Termos e Definições ................................................................................................................................................................ 5

Deslocamento ..................................................................................................................................................................... 5

Velocidade........................................................................................................................................................................... 5

Variação de velocidade ................................................................................................................................................... 5

Aceleração ........................................................................................................................................................................... 5

Aceleração de pico .......................................................................................................................................................... 5

Desaceleração ................................................................................................................................................................. 5

Coeficiente de Restituição (e) ............................................................................................................................................. 6

Projeto da Altura de Queda ................................................................................................................................................ 6

Acelerômetro ...................................................................................................................................................................... 6

Altura Efetiva da Queda Livre (AEQL) ................................................................................................................................. 6

Filtragem ............................................................................................................................................................................. 7

Morfologia da Forma de Onda ........................................................................................................................................ 7

Revisão de Teste Dinâmico com Calço .................................................................................................................................... 8

Altura de Queda do Pacote ................................................................................................................................................... 10

Quantidade e Orientações dos Impactos durante um Procedimento de Teste de Queda de Pacote ................................. 12

Efeitos da Altura da Queda e do Procedimento de Teste no projeto de pacotes ................................................................ 13

Desempenho versus Procedimentos de teste de Análises Quantitativas ............................................................................ 14

Resistência ao choque........................................................................................................................................................... 14

Execução de um Teste de Queda .......................................................................................................................................... 15

Aquisição de Dados ............................................................................................................................................................... 17

Espectro da Resposta de Shock (SRS) ................................................................................................................................... 18

Análise de Dados ................................................................................................................................................................... 19

Uso de uma Máquina de Choque em substituição a um Testador de Quedas..................................................................... 20

Conclusão .............................................................................................................................................................................. 21

Referências ............................................................................................................................................................................ 22


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Lista de Figuras Figura 1: Representação gráfica do deslocamento ................................................................................................................. 5

Figura 2: Fórmula da Velocidade ............................................................................................................................................ 5

Figura 3: Fórmula da Variação de Velocidade ........................................................................................................................ 5

Figura 4: Fórmula da Aceleração ............................................................................................................................................ 5

Figura 5: Fórmula do Coeficiente de Restituição (e) ............................................................................................................... 6

Figura 6: Simulação de Queda ................................................................................................................................................ 6

Figura 7: Esquema do Acelerômetro ...................................................................................................................................... 6

Figura 8: Fórmula para Cálculo da Queda Livre ...................................................................................................................... 6

Figura 9: Filtragem eletrônica ................................................................................................................................................. 7

Figura 10: Gráfico da forma da onda ...................................................................................................................................... 7

Figura 11: Curva de Amortecimento ....................................................................................................................................... 8

Figura 12: Curva de Carga Ideal de Stress Estático ................................................................................................................. 8

Figura 13: Máquina de Teste de Amortecimento ................................................................................................................... 9

Figura 14: Calços devidamente carregados, subcarregados e sobrecarregados .................................................................. 10

Figura 15: Várias especificações da Altura da queda versus Peso ........................................................................................ 11

Figura 16: Sequência de Quedas – ISTA 1A ........................................................................................................................... 12

Figura 17: Resumo das especificações para quedas de pacotes .......................................................................................... 12

Figura 18: Efeito dos Múltiplos impactos sobre a Resposta do Calço .................................................................................. 13

Figura 19: Posicionamento dos Acelerômetros .................................................................................................................... 14

Figura 20: Acelerômetro Triaxial ........................................................................................................................................... 15

Figura 21: Sinais analisados pelo acelerômetro .................................................................................................................... 15

Figura 22: Esquema do Testador de Queda-Livre ................................................................................................................. 15

Figura 23: Tipos de Papelão Ondulado (Corrugado) ............................................................................................................. 16

Figura 24: Métodos para Fechamento de Caixas de Papelão ............................................................................................... 16

Figura 25: Equipamentos para Aquisição de Dados .............................................................................................................. 17

Figura 26: Banda Larga não filtrada e dados filtrados .......................................................................................................... 17

Figura 27: Efeito da Filtragem do Pulso ................................................................................................................................ 18

Figura 28: SRS usado para teste de desempenho de embalagem ........................................................................................ 18

Figura 29: Formas de Onda do Teste de Queda de Embalagem – Ideal e Subcarregada ..................................................... 19

Figura 30: Forma de Onda da desaceleração ........................................................................................................................ 20

Figura 31: Máquina de Choque ............................................................................................................................................. 20


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Resumo

O objetivo deste artigo é ajudar a projetar e testar pacotes de proteção. Discute algumas das questões envolvidas com o desenvolvimento e teste de um sistema de pacotes de proteção. Questões relacionadas com o impacto ou choque são especificamente abordadas.

Muitos elementos entram em um sistema de embalagem de proteção, alguns dos quais têm um grande efeito sobre a capacidade da embalagem para fazer o seu trabalho.

Os procedimentos de teste utilizados para verificar o desempenho do pacote podem também ter um efeito substancial sobre o resultado e a eventual determinação de aprovar ou reprovar uma embalagem de design especial.

Sugestões são oferecidos para as técnicas de coleta de dados e de análise das formas de onda recebidas para determinar a melhor maneira de melhorar o desempenho do pacote durante o impacto.


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Termos e Definições É necessário estabelecer uma base comum para termos usados na dinâmica de pacotes.

Engenheiros de embalagem já estão familiarizados com a maioria destes.

Deslocamento é a medida de distância, tipicamente em milímetros ou polegadas. (É integrante da velocidade em

função do tempo.) É uma grandeza vetorial (possui módulo, direção e sentido) definida como a variação de posição de um corpo em um dado intervalo de tempo. Dessa forma, o vetor deslocamento pode ser obtido pela diferença entre as posições final (S1)e inicial (S0).

Figura 1: Representação gráfica do deslocamento

Velocidade é o resultado da relação entre o deslocamento de um corpo em determinado tempo. É um vetor de

quantidade que possui magnitude e direção. É medida em metros por segundo, milhas por hora, polegadas por segundo e unidades semelhantes. (É a integral de aceleração e o diferencial de deslocamento em função do tempo.)

Figura 2: Fórmula da Velocidade

Variação de velocidade é outro termo muitas vezes utilizado em embalagens dinâmicas. Refere-se a uma diferença entre a velocidade inicial e final e pode ser pensado como uma medida da energia dissipada durante um evento dinâmico. É igual à área sob a aceleração em função do tempo de pulso (o integral do pulso).Pode ser calculada multiplicando a aceleração máxima vezes a duração do pulso efetiva. As equações a seguir se aplicam:

Figura 3: Fórmula da Variação de Velocidade

Aceleração é a taxa em que a velocidade varia.Geralmente definida como um percentual da constante gravitacional

da Terra ao nível do mar. (g = 9,8 m/s2 ou 386 in/sec2) (É o diferencial da velocidade em função do tempo.)

Figura 4: Fórmula da Aceleração

Aceleração de pico é também o pico ou o ponto mais alto da aceleração em função do tempo, pulso.

Desaceleração é a aceleração negativa. Os dois termos são freqüentemente usados alternadamente, embora a aceleração refira-se adequadamente a uma taxa crescente de variação de velocidade e desaceleração como uma taxa decrescente de variação de velocidade.


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Coeficiente de Restituição (e) é a razão entre a velocidade de recuperação para a velocidade de impacto,

expressa como uma percentagem (Vr / Vi). É uma medida da energia dissipada ou armazenada durante um evento dinâmico, como um impacto. Será obtido pela razão entre as velocidades relativas, depois e antes do choque.

Figura 5: Fórmula do Coeficiente de Restituição (e)

Projeto da Altura de Queda é a altura de queda do pacote normalmente determinado a partir de um estudo de dados do ambiente, mostrando o peso do pacote vs alturas típicas de queda. O propósito do teste de queda é simular 2 situações: 1-O manuseio inadequado de pacotes durante o envio 2-O transporte e a queda acidental de produtos portáteis desembalados.

Figura 6: Simulação de Queda

Acelerômetro é um pequeno dispositivo no qual um cristal piezo-elétrico e uma massa associada convertem uma excitação mecânica, como a aceleração, em um sinal elétrico que pode ser calibrado, resultando em uma medida técnica conveniente. A maioria dos acelerômetros são dispositivos de eixo único de medição, de apenas uma orientação. Acelerômetros triaxiais são três acelerômetros montados em conjunto, um em cada eixo, resultando em 3 sinais.

Figura 7: Esquema do Acelerômetro

Altura Efetiva da Queda Livre (AEQL) é uma estimativa da altura de queda associada à alteração de

velocidade conhecida. Se o coeficiente de restituição puder ser fielmente estimado, então a altura de queda livre equivalente pode ser determinada a partir de uma alteração de velocidade de entrada fornecida.

Figura 8: Fórmula para Cálculo da Queda Livre


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Filtragem é um termo normalmente aplicado a remoção eletronica dos dados de freqüência mais alta a partir de um

pulso de choque de menor freqüência, como ocorre em um teste de queda. É um procedimento comumente utilizado, mas que deve ser utilizado de forma prudente, a fim de evitar a distorção de dados.

Figura 9: Filtragem eletrônica

Morfologia da Forma de Onda é o estudo da resposta de desaceleração a partir da queda de um pacote ou de um impacto, a fim de determinar as características de deflexão do material de um calço, incluindo a velocidade à qual o calço se deforma.

Figura 10: Gráfico da forma da onda


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Revisão de Teste Dinâmico com Calço

A maioria dos engenheiros de embalagem estão familiarizados com as curvas de amortecimento, como representado na

figura 1. Uma curva de almofada descreve a quantidade de choque (desaceleração) transmitida através de um dada

espessura de almofada, quando submetido a uma carga conhecida (tipicamente descrita como um "estresse estático"

em lbs./in2 ou kg/cm2). Uma curva de amortecimento é utilizada na criação de pacotes ,processo, traçando uma linha

em toda a curva de amortecimento no nível de aceleração crítica do produto. Isto é mostrado na Figura 11. A

intersecção de carga máxima da curva de um calço e o nível de fragilidade do produto que define o limites para o

material de amortecimento.

Figura 11: Curva de Amortecimento

Figura 12: Curva de Carga Ideal de Stress Estático


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Tipicamente, um material de amortecimento de área e espessura conhecidas é submetido a um impacto de uma placa

guiada (D1596), e o nível de desaceleração da placa de impacto é monitorado com um acelerômetro montado na placa.

O teste requer 5 impactos em cada nível de estresse estático. Um mínimo de 5 níveis de estresse estáticos são

necessários para desenhar uma curva de amortecimento.

Para cada nível de tensão estática, o primeiro ponto de dados de impacto é descartado e a curva de amortecimento é

calculada a partir da média dos últimos 4 de 5 impactos.

Deve notar-se que o próprio processo de ensaio tem uma grande influência sobre a dados gerados. Por exemplo, os dados da norma ASTM D1596 advém de uma máquina com uma placa que cai sobre um material de amortecimento (Ver Figura 13). O efeito do ar entre o amortecimento e a placa é ignorado, bem como o atrito das barras de guia sobre a placa. Um estudo interessante foi realizado em 1986 sobre o efeito destes vários procedimentos de testes sobre design de amortecimento e os resultados desses projetos.

Figura 13: Máquina de Teste de Amortecimento

Em geral, os procedimentos de ensaio de amortecimento são concebidas para comparar os resultados de um material de amortecimento contra o outro, oferecendo informações precisas para projetistas e criadores de calços. O resultado é uma tendência sutil mas significativamente conservadora na informação gerada usando a maioria dos procedimentos. Westpak descobriu que usando uma modificação da norma ASTM D4168 de (o método fechado bloco de teste) resulta em dados de projeto mais útil para a maioria dos materiais de amortecimento. A razão para isto é que a massa está em contacto íntimo com o calço durante um impacto usado para descrever as características de desaceleração do o sistema de amortecimento / massa.

Duas outras peças significativas de dados estão disponíveis a partir de testes executados, numa curva de amortecimento

que muitas vezes não são reportados . Estes são o coeficiente de restituição do calço e a análise da forma de onda

produzida pelo impacto.

O coeficiente de restituição, (e), é a razão entre a velocidade de recuperação para a velocidade do impacto. É uma medida da energia armazenada ou dissipada durante um impacto. Em geral, calços com elevados coeficientes de restituição armazenam a energia de impacto e em seguida devolvem essa energia para o produto após uma queda. Por outro lado, os materiais com um baixo coeficiente de restituição tendem a deformar-se durante o impacto e dissipar a energia sofrendo a deformação em vez de armazená-lo e entregá-lo de volta para o produto. Com todos os elementos sendo iguais, materiais com baixos coeficientes de restituição resultam em absorventes de choque mais eficientes.


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Durante um teste de curva de amortecimento, as formas de onda variam drasticamente conforme aumenta a carga sobre o calço. Para calços levemente carregados (subcarregados), o tempo de subida é muito curto em relação à duração total do pulso e do pulso normalmente tem picos de maior frequência sobreposta. (Figura 14)

Para calços levemente carregados (subcarregados), o pulso de choque resultante de um impacto tende a ter um aumento acentuado, frequentemente com numerosos picos. O tempo de subida do pulso é substancialmente mais curto do que o tempo de descida .

Para calços devidamente carregados, a ascensão e os tempos de queda do pulso são aproximadamente igual, e o pulso tem geralmente uma forma suave.

Figura 14: Calços devidamente carregados, subcarregados e sobrecarregados

Para calços sobrecarregados, o tempo de subida tende a ser muito maior do que o tempo de descido, e o pulso tem um ponto perto da extremidade da mesma. Estes são sinais clássicos de materiais de calços que estão subcarregados, carregado corretamente e sobrecarregado, respectivamente. esta informação será muito útil durante os testes de desempenho da embalagem.

Altura de Queda do Pacote

Numerosos estudos têm sido realizados na tentativa de definir combinações da altura de queda dos pacotes e do peso, que são típicas de manuseio manual. A maioria dos estudos frequentemente cita a FPL-22 (4), do Laboratório de Produtos da Forest que é a soma de uma grande quantidade de dados coletados anteriormente. No entanto, se examinado de perto os dados e os métodos utilizados para coletá-los, uma falha gritante é aparente. Os dados são geralmente recolhidos num único pacote de um determinado peso, e a altura de queda associada com esse pacote e combinação de peso são dadas como uma função de probabilidade. Nomeadamente, o probabilidade de uma dada altura de queda para a combinação específica. A mesma informação para sistemas de pacotes mais leves ou mais pesados é normalmente coletada por meio de diferentes instrumentos e portanto, a altura de queda versus comparação peso do pacote é na melhor das hipóteses indireta.

Além disso, a precisão dos diversos dispositivos usados para coletar esses dados é extremamente questionável. Na tentativa de correlacionar as várias peças de gravação de altura de queda com os equipamentos disponíveis, o autor encontrou uma grande quantidade de variabilidade mesmo entre mais equipamentos de última geração.


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Eventualmente, os estudos de altura de queda de pacotes vão caminhar em especificações ditando projetos de alturas de queda para os sistemas de pacotes de vários pesos. É interessante traçar as variações que ocorrem entre as especificações de domínio público. O gráfico na Figura 15 mostra um exemplo de comparação.

Figura 15: Várias especificações da Altura da queda versus Peso


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Quantidade e Orientações dos Impactos durante um Procedimento de Teste de

Queda de Pacote

O mais comum, e muitas vezes citado, procedimento de teste de queda é o ISTA 1A 10 - que inclui uma queda em um canto base, uma queda em cada aresta referente àquele canto, e uma em cada face plana do pacote, num total de 10 impactos. Todas essas quedas são da "altura de queda design". Não se sabe como o Procedimento ISTA foi desenvolvido. É, no entanto, amplamente utilizado e aceito. Outros procedimentos usam diferentes alturas de queda, número de impactos e orientações.

Figura 16: Sequência de Quedas – ISTA 1A

Algumas empresas de eletrônicos não especificam o canto exato para o impacto, somente que deve ser o canto "mais vulnerável". Outros procedimentos testa todos os cantos e bordas em uma tentativa de certificar de que nada passará desapercebido.

Algumas empresas que, historicamente, transportam produtos por navio, usam um maior número de quedas. Ou seja, as empresas que recebem um produto de seu fabricante original, fornece algum nível de upgrade para o produto e, em seguida, redistribui. A teoria é que esta "dupla expedição" resultará em uma maior exposição a quedas do produto e, portanto, que deve ser testado.

O gráfico na Figura 17 resume algumas das especificações existentes no domínio público, tanto quanto o número e orientação de impactos.

Especificação Número de Quedas Orientações

ISTA 1A 10 6 faces, 1 canto, 3 bordas

Fed Std 101 6 6 faces

ASTM D4169 6-13 Faces, cantos, bordas

Empresa de Computador A 10 6 faces, 1 canto, 3 bordas

Empresa de Monitor B 14 6 faces, 2 cantos, 6 bordas

Empresa de Computador B 8 6 faces, 1 canto, 1 borda

Empresa de Computador C 28 12 faces, 4 cantos, 12 bordas

Figura 17: Resumo das especificações para quedas de pacotes


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Sugere-se que os impactos em planos/faces devem ser realizados a uma altura de queda ligeiramente menor do que no canto e borda e que o total de cantos e bordas devem ser pelo menos seis. A razão para isto provém de dados ambientais, como os contidas no FPL-22 (4), que diz claramente que a maioria dos impactos são em sua base e os outros mais ou menos uniformemente distribuídos sobre o sistema da embalagem.

Outro dado interessante do meio ambiente é que poucos impactos realmente ocorrem em planos. A maioria das quedas são no canto ou aresta do sistema de embalagem.

Efeitos da Altura da Queda e do Procedimento de Teste no projeto de pacotes

Antes de um sistema de embalagem ser desenvolvido ou testado, é importante para estabelecer o exato procedimento utilizado para julgar as suas características de desempenho. Isto deve incluir uma clara compreensão da altura de queda e o número de impactos, bem como a sua orientação. Por exemplo, se uma embalagem será submetido a um, dois ou três impactos sobre cada face a partir da altura de queda do projeto ou um impacto em cada face, canto e borda, ou alguma combinação das opções acima.

A razão para o estabelecimento do processo de ensaio antes do design de embalagem origina-se das características de vários materiais de amortecimento em que eles transmitem os níveis mais elevados de desaceleração, com um aumento do número de quedas. Por exemplo, um olhar mais atento sobre uma típica curva de amortecimento (Figura 18) mostra a primeira queda de uma determinada altura e nível de estresse estático que resultará em menor desaceleração transmitida nas sucessivas quedas . Isto é especialmente verdadeiro para os materiais de acolchoamento semi-resistentes, tais como poliestireno expandido (EPS) e formas deformáveis, tais como calços de polpa moldada. A carga mais pesada necessário atingir níveis de desaceleração mais baixos também terá um efeito negativo sobre a capacidade do calço para resistir a impactos repetidos. Por outro lado, os materiais resilientes como espuma de polietileno geralmente mostram muito pouca degradação, com impactos repetidos.

Figura 18: Efeito dos Múltiplos impactos sobre a Resposta do Calço

O resultado é que, se estiver projetando calços de EPS para teste de verificação de impacto para um único processo, a carga estática seria diferente (provavelmente mais pesada) do que procedimentos de teste que solicita vários impactos sobre a mesma face. No entanto, se estiver usando um projeto de espuma de polietileno, provavelmente fará pouca diferença se um procedimento de teste requisitar um impacto em cada face ou múltiplos impactos. O procedimento de teste deve ser claramente estabelecido antes do design do calço.


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Desempenho versus Procedimentos de teste de Análises Quantitativas

Há uma diferença sutil, mas distinta entre o desempenho e a análise quantitativa das características do sistema de pacotes, tanto em termos dos critérios de projeto e do teste utilizado para verificar a conformidade com esses critérios.

A análise quantitativa do pacote se refere à capacidade para amenizar as entradas de choque para um nível abaixo da fragilidade do produto. Este distingue-se do desempenho no que se refere a capacidade do próprio sistema de embalagem suportar as forças normais envolvidas no processo de distribuição (transporte) e manter o produto protegido junto a embalagem . É muito possível projetar uma embalagem que tem as características próprias de desempenho do laboratório, mas não vai suportar as forças típicas do meio de transporte real.

Análise quantitativa de testes em pacotes normalmente envolve uma série de planos de impactos, onde o nível de desaceleração transmitida através do material de amorteciemento é monitorado por instrumentação apropriada. O nível de desaceleração transmitida irá resultar em uma serie de aprovado ou reprovado para as características do amortecimento. Este é um teste quantitativo que resultará em números.

Resistência ao choque

Refere-se à capacidade da embalagem para executar a sua função primária, nomeadamente, a entrega do produto em segurança, onde geralmente é verificada uma série impactos no canto, na borda e faces, típicos dos procedimentos de ensaio ISTA e ASTM D4169. A monitorização não é necessaria para estes testes. Este é um teste qualitativo em que a capacidade da embalagem para proteger o produto é verificado quanto ao resultado final, não necessariamente por uma leitura de desaceleração do produto durante o teste.

É interessante notar que a concepção de análise quantitativa é algo que é ensinado nas universidades e pode ser verificada por meio de técnicas analíticas. Desempenho do projeto, no entanto, é algo que deve-se aprender com a experiência, e é provavelmente, mais arte do que ciência. Na verdade, é raro encontrar um designer que possa integrar com sucesso ambas as características em um design de calço para embalagem.

Posicionamento dos Acelerômetros para análise de dados

Ao realizar um teste de desempenho da embalagem, é importante posicionar os acelerômetros em posição e orientação tais que uma leitura adequada possa ser obtida. Um posicionamento inadequado dos acelerómetros ou montagem errônea pode resultar em dados errados.

Como regra geral, é melhor ter o acelerômetro mais próximo possível da superfície do produto, no local mais rígido possível. Isto tende a minimizar as distorções que ocorrem quando um produto desvia para o calço, de forma não-linear. Também é importante amarrar ou restringir o máximo possível os componentes suspensos e soltos. Durante uma entrada dinâmica, todos os sistemas de mola / massa dentro do produto serão excitadow e o acelerômetro pegará essa informação. No entanto, o objectivo do teste é determinar a quantidade de choque transmitido através do calço, não necessariamente como vários produtos respondem quando excitados. Portanto, é importante localizar o acelerômetro numa posição que minimize esse tipo de confusão.

Figura 19: Posicionamento dos Acelerômetros


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Uma prática comum é a utilização de três acelerômetros, ou um triaxial, quando for o caso, para a medição de cada impacto durante uma queda de embalagem. Existem várias vantagens importantes para isto. A primeira é que a embalagem não precisa ser aberta entre as várias quedas, a fim de mudar um único acelerômetro. Isto resulta num processo muito mais rápido de teste. Também é menos prejudicial ao sistema de embalagem.

De grande importância é o fato de que o engenheiro pode determinar a quantidade de compressão não-linear do próprio material de amortecimento. Às vezes, o acoplamento cruzado do produto pode ser significativo, e este só pode ser determinado com a utilização de três acelerômetros.

Com o software adequado, pode-se usar uma análise de vetor para determinar o efeito em rede do impacto no canto ou na borda. O valor real de desaceleração transmitida através dos cantos e as bordas de um calço não é um número muito útil porque a análise de fragilidade não é normalmente conduzida com esta orientação. No entanto, se o amortecimento de assentamento tende a ocorrer em qualquer destas orientações, vai mostrar-se claramente em um ou mais dos acelerômetros individuais e sobre o vetor resultante.

Figura 21: Sinais analisados pelo acelerômetro

Execução de um Teste de Queda

É importante que o dispositivo de teste de queda utilizada seja o mais preciso possível. Muitas peças do equipamento de ensaio de queda são conhecidos para induzir rotações numa embalagem durante a seqüência de queda real. Isso não produzirá dados precisos. A norma ASTM D5276 (1) exige um impacto em superfície plana, dentro de 2 graus.

A maioria dos testes desta natureza é realizada em condições padrão, e da natureza do material de amortecimento para que não haja alterações nas suas características de amortecimento devido às alterações na temperatura. Se as condições de temperatura não forem especificadas, deve utilizar-se a condição padrão de 23 °C e 50% HR.

Figura 20: Acelerômetro Triaxial

Figura 22: Esquema do Testador de Queda-Livre


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As características do desempenho de uma embalagem são muitas vezes relacionadas com a flexibilidade do papelão ondulado usado no recipiente de transporte sobre a embalagem. Estas características mudam drasticamente com o teor de umidade do material, que é afetado pela umidade relativa do ar. A menos que indicado de outra forma, o teste do pacote deve ser feito com caixas devidamente condicionadas.

Figura 23: Tipos de Papelão Ondulado (Corrugado)

O método de fechamento de uma caixa é igualmente importante. O procedimento exato usado para fechar uma caixa no ambiente de distribuição deve ser usado durante um teste de queda da embalagem. Técnicas de fechamento tais como grampos coroa irão se comportar de maneira muito diferente do adesivo ou fitas plásticas.

Figura 24: Métodos para Fechamento de Caixas de Papelão

Para os testes de análise quantitativa, o produto deve ser centralizado dentro da embalagem antes de seu teste inicial e entre os vários impactos. Por exemplo, quando um produto é submetido a uma queda de base e, em seguida, o seguinte é no seu topo, o calço tende-se a comprimir na orientação da queda, resultando num gap no topo. Para obter os melhores resultados, o produto e calço devem ser centrados entre cada impacto, especialmente se houver a tendência para o calço se deformar.

Para os testes de desempenho da embalagem, nenhuma intervenção na embalagem é permitida durante o teste.


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Aquisição de Dados

Durante um teste de queda, os dados devem ser coletados por algum meio ou tipo de sistema de coleta, como um osciloscópio (na sua forma mais simples) ou uma captura de transiente e análise do sistema que é o ideal. Normalmente, esses sistemas de captura de transientes pode facilmente recolher 4 canais (ou mais) de dados e, portanto, mostram os eixos X, Y e Z simultaneamente.

Figura 25: Equipamentos para Aquisição de Dados

Uma vez que os dados de resposta da embalagem foram capturados em sua banda larga (não filtrada), pode se usar técnicas de filtragem digital, em que o corte da alta frequência é selecionável pelo operador. Esta é uma ferramenta muito útil, que permite ao operador de teste filtrar a alta freqüência (ruído), mantendo grandes quantidades de dados úteis. Ela também ajuda a eliminar a filtragem humana ou descarte que normalmente ocorre com um pulso resposta barulhento. O operador também deve evitar a armadilha de excesso de filtragem do pulso de resposta em que as distorções de dados graves podem ocorrer. A Figura 26 mostra um exemplo de um pulso de banda larga filtrada usando esta técnica.

Figura 26: Banda Larga não filtrada e dados filtrados

Muitos engenheiros não têm sido expostos às respostas de banda larga de um produto embalado durante um ensaio de queda, o que pode ser benéfico para poder analisar o grau de ruído sobreposto que normalmente existe em um pulso. Seria particularmente útil para tentar determinar a menor freqüência natural de uma forma de onda não filtrada, sem o praticidade de uma ferramenta analítica. Filtrando o pulso em proporções de sua menor freqüência , com o componente começando com 0,5 vezes sua freqüência e, em seguida, passar para 1, 2, 5 e 10 vezes a frequência faz o efeito se tornar aparente.


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Para a maioria dos testes de queda de pacote, recomenda-se um filtro de freqüência não inferior a 10 vezes a freqüência de pulso. (Ver figura 27)

Figura 27: Efeito da Filtragem do Pulso

Quando a filtragem de dados não estiver disponível devido a limitações do equipamento, é recomendado um nível superior a 500 Hz para testes de queda de embalagens e 2000 Hz para análise da fragilidade do produto, tais como limites de danos ou testes de mudança de velocidade. O melhor é não filtrar, por isso, se for possível, a melhor opção é não usar filtros.

Espectro da Resposta de Shock (SRS)

O uso da análise do epectro da resposta de choque (SRS) está lentamente ganhando aceitação na área de teste de queda de embalagens. Usando esta técnica, uma banda de máxima tolerância é criado durante o teste de fragilidade do produto, e este torna-se a banda superior acima que a resposta da aceleração da embalagem não pode ir. A vantagem desta abordagem é potencialmente muito precisa e relativamente fácil de executar. De maior significado será se os dados não forem filtrados. Assim, as chances dos dados laboratoriais se distorcerem se tornam

menores.

Figura 28: SRS usado para teste de desempenho de embalagem


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Sabe-se que as empresas influentes, como IBM começaram a incorporar esta técnica em seus procedimentos padrões de teste para embalagem. Provavelmente esta tendência vai continuar na medida em que a técnica de análise torna-se mais difundida e melhor compreendida.

Análise de Dados

Depois que os dados foram coletados e devidamente formatados, uma análise revelará muito sobre o impacto do produto embalado durante um teste de queda.

A primeira coisa que é prontamente aparente é a desaceleração máxima transmitida através dos calços. Este é o pico da forma de onda medido a partir da linha de base. Em muitos casos, esta é a único critério aplicados na aprovação ou reprovação do teste. No entanto, muito mais dados estão disponíveis.

A primeira coisa que deve ser controlada é a mudança de velocidade total ou a integral da aceleração em função da forma de onda do tempo. Sabemos, por análise prévia, que este valor deve estar entre a velocidade de impacto da altura de queda da embalagem e duas vezes a velocidade de impacto. No entanto, se o valor da mudança da velocidade for menor que a velocidade do impacto ou superior a duas vezes a velocidade de impacto, algo está errado com os dados, e deve ser investigado. Como uma questão prática, a mudança de velocidade de impacto a partir de um ensaio de queda de pacotes é quase sempre entre 1,2 e 1,7 vezes a velocidade de impacto.

Figura 29: Formas de Onda do Teste de Queda de Embalagem – Ideal e Subcarregada

O formato da forma de onda de desaceleração pelo tempo produzido pelo impacto contém uma riqueza de informações. Uma das coisas mais importantes que ele nos diz é a carga geral sobre a material de amortecimento. Como foi indicado anteriormente, uma forma de onda com um tempo de subida substancialmente mais curto do que o tempo de decaimento indica que o calço está subcarregado e relativamente rígido. Por outro lado, se o tempo de aumento é substancialmente maior do que o tempo de decaimento, o calço está sobrecarregado ou muito mole para essa aplicação. Um calço carregado corretamente terá um aumento e decaimento de tempo aproximadamente iguais. Consulta a Figura 29 para mais detalhes.

Usando três canais de acelerômetros durante um teste de queda, pode-se facilmente dizer se o impacto foi realmente plana ou não. Por exemplo, se as leituras de desaceleração no eixo perpendicular para o impacto mostrar um nível de desaceleração maior do que o eixo primário, então algo está claramente errado. A desaceleração de aproximadamente 50% do eixo primário não são incomuns. É raro um produto desviar o material de seu calço de forma totalmente uniforme. Assim, alguma desaceleração do eixo transversal ou o chamado "cross talk" é normal.

Uma das técnicas mais poderosas para avaliar um teste de queda é uma dupla integração do sinal de desaceleração resultando em uma medida do deslocamento do amortecimento no momento do impacto. Se isto é feito correctamente, o engenheiro pode estimar o desvio total em função da desaceleração de pico do sistema (Figura 30). Ao determinar o quanto o material do calço foi deformado e qual o nível de desaceleração nesse ponto, é fácil determinar se os calços estão muito finos ou muito macios.


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Deve haver cuidado neste processo. Uma integração inadequada resultará em números estranhos e na imprecisão da análise. O velho ditado de "lixo para dentro, lixo para fora" aplica-se certamente. É uma expressão que significa que, mesmo que um computador esteja processando corretamente, erros introduzidos nele poderão ser assimilados e até amplificados. Ou seja, de nada adianta ter um modelo perfeitamente correto se os dados de entrada não forem confiáveis. A sentença, muito conhecida no ambiente dos profissionais de tecnologia, é atribuída a George Fuechsel, um técnico da IBM.

Uso de uma Máquina de Choque em substituição a

um Testador de Quedas

Há algum tempo, alguns fabricantes de equipamentos de teste têm proclamado que o uso de um Máquina de choque (ver figura 31) no lugar de um aparelho de teste de queda irá resultar em maior precisão nos dados repetíveis. A técnica envolve o uso de programadores de máquina de choque para executar meio seno de curta duração e igualar a mudança de velocidade no momento do impacto com a velocidade de impacto da livre projetada para a altura da embalagem. O único requisito é que a respostad do sistema de amortecimento tenha uma frequência, pelo menos, seis vezes mais baixa do que a freqüência de pulso de choque de entrada.

As vantagens reivindicadas para esta abordagem é que ela é potencialmente muito mais precisa e que a orientação precisa da embalagem pode ser mantida ao longo de todo o procedimento. Isto inclui impactos em faces, de canto e de bordas. Outra vantagem em potencial é a economia de custos, pois uma máquina pode funcionar para os requisitos de duas. Ou seja, se um laboratório tem uma máquina de choque, pode conduzir análises da fragilidade do produto e não tem de comprar uma máquina de teste de queda separado para esse fim .

É provavelmente uma boa idéia permitir isso com as necessárias garantias, especialmente a necessidade de uma relação de frequência de 6 para 1 entre o impulso de choque de entrada e a resposta do produto amortecido. O número de testadores de queda no mercado, que não podem produzir um impacto plano ou que tenham sido modificados e não produzem queda repetíveis, é alarmante. A norma ASTM D5487-93 pode combinar procedimento e equipamentos para ajudar a reduzir a quantidade de dados imprecisos gerado.

Figura 30: Forma de Onda da desaceleração

Figura 31: Máquina de Choque


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Conclusão

O Teste de queda de embalagem pode ser preciso e útil na avaliação de desempenho de embalagens se:

1. O procedimento correto for usado

2. Houver um motivo correto

3. O teste for conduzido de maneira consciente usando boas práticas de laboratório

4. Os transdutores estiverem localizados em locais e orientações adequadas

5. O teste for executado num equipamento preciso e com repetitibilidade

6. Os dados são coletados e tratados de forma racional

7. Os resultados forem usados de maneira justificável para aceitar ou recusar o desempenho da embalagem.


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Referências 1. American Society for Testing and materials, 1916 Race Street, Philadelphia, PA. 2. Brody, et al: Encyclopedia of Packaging Technology, "Testing, Cushion Materials", copyright (c) 1996 by John Wiley & Sons, Inc. 3. Schueneman, Herbert H. "A Comparison of Three Different Cushion Test Methods." Prepared for the Symposium on Current Trends in Protective Packaging of Computers and Electronic Components, October 22-24, 1986, Phoenix, Arizona. 4. Forest Products Laboratory, "An Assessment of the Common Carrier Shipping Environment," General Technical Report FPL 22, U.S. Department of Agriculture, Madison WI, 1979 5. Schueneman, Herbert H. "Re-Examining the Package Drop Height Environment: What is the Data Really Telling Us?", Westpak, Inc., San Jose, CA. 6. "SRS De-Mystified", The Perfect Package, Westpak, Inc., San Jose, CA. 7. Henderson, George. "Advanced Techniques for Shock and Vibration Analysis as Applied to Distribution Engineering," GHI Systems, Incorporated.

PACKAGE DROP TESTING:

THE DO’S AND DON’TS OF PACKAGE IMPACT PERFORMANCE TESTS

PREPARED BY

HERBERT H. SCHUENEMAN, CP-P, MH and

MARK ESCOBEDO

PRESENTED BY WESTPAK, INC. 83 Great Oaks Blvd., San Jose, CA 95119 (408) 224-1300 FAX (408) 224-5113 www.westpak.com