Princípio de Funcionamento da Pesadora Multicabeçal: Como Funcionam o Ciclo de Pesagem e o Cálculo de Combinações

Uma pesadora multicabeçal, também chamada de pesadora combinada, é uma máquina de pesagem automática que enche cada embalagem combinando porções provenientes de várias tremonhas pesadas separadamente. O produto é distribuído entre as cabeças, todas as cabeças são pesadas ao mesmo tempo e o sistema de controle libera o grupo de tremonhas cuja combinação de pesos chega mais próxima do peso-alvo sem ficar abaixo dele.

O princípio é o mesmo em todas as máquinas; as diferenças estão na forma como cada modelo lida com o produto. Dois de nossos modelos de 10 cabeças cobrem a mesma faixa de 15–1000 g, mas um apresenta precisão de ±0.5–2 g e o outro de ±1–10 g, porque o primeiro foi projetado para produtos de fluxo livre e o segundo para produtos pegajosos.

Ao comparar fichas técnicas, considere o número de cabeças como uma referência de produtividade e o projeto das tremonhas como uma referência de precisão.

Principais componentes de uma pesadora multicabeçal

Uma pesadora multicabeçal é construída em torno de um anel de unidades de pesagem idênticas, chamadas de cabeças, dispostas sob uma alimentação central. Cada cabeça possui seu próprio alimentador, tremonhas e célula de carga, enquanto um único sistema de controle coordena todas elas.

Nossas pesadoras são fabricadas em aço inoxidável 304 de grau alimentício, e nossos modelos com classificação IP66 de acordo com o código de proteção IP (Ingress Protection) foram projetados para lavagens intensivas. Cada um desses componentes está disponível em várias versões, como superfícies de tremonha com relevo ou lisas e diferentes projetos de alimentadores, e a escolha influencia tanto a velocidade quanto o manuseio do produto.

Como funciona uma pesadora multicabeçal: as cinco etapas do ciclo de pesagem

Toda pesadora multicabeçal repete o mesmo ciclo de cinco etapas várias vezes por minuto. O produto é distribuído, alimentado nas tremonhas, pesado, combinado e descarregado, enquanto cada cabeça vazia é reabastecida durante o cálculo da próxima combinação. Todas as nossas pesadoras multicabeçais, de 6 a 30 cabeças, seguem este ciclo.

As cinco etapas do ciclo de pesagem. As etapas 1, 2 e 5 movimentam o produto e dependem de como ele flui. As etapas 3 e 4 realizam a pesagem e o cálculo e funcionam da mesma forma para todos os produtos.

Etapa 1: Alimentação e distribuição

O produto chega por meio de um transportador ou elevador de caçambas e cai sobre o cone superior, que vibra para empurrá-lo para fora em direção aos alimentadores lineares. Nenhuma pesagem ocorre nesta etapa. O objetivo é distribuir o produto uniformemente, pois qualquer seção do anel que receba pouco produto deixará suas cabeças sem material para pesar.

O sensor de nível mantém o fornecimento estável, ligando e desligando o elevador conforme o nível do produto no cone sobe ou desce. Isso é importante porque, se chegar produto demais ou de menos às tremonhas, seus pesos sairão da faixa com a qual o sistema de controle trabalha, haverá menos combinações próximas ao peso-alvo e tanto a velocidade quanto a precisão cairão.

Etapa 2: Alimentação linear

Cada alimentador linear movimenta o produto para fora, em direção à sua própria tremonha de alimentação. O sistema de controle ajusta esta etapa definindo a amplitude de vibração e o tempo de alimentação de cada alimentador, que juntos determinam quanto produto chega a cada tremonha. Uma máquina de 14 cabeças possui quatorze alimentadores, cada um configurado separadamente, e é por isso que a configuração de um novo produto leva mais tempo do que a maioria dos compradores espera.

Etapa 3: Pesagem

Assim que uma tremonha de pesagem fica vazia, a tremonha de alimentação acima dela se abre e libera a próxima porção. A célula de carga localizada sob cada tremonha de pesagem mede sua porção, de modo que dez cabeças produzem dez pesos separados ao mesmo tempo. Neste ponto, nada foi somado. A máquina mantém dez porções pesadas, e a próxima etapa decide quais delas entrarão na embalagem. É isso que diferencia uma pesadora combinada de uma balança convencional.

Etapa 4: Cálculo da combinação

O sistema de controle lê todas as tremonhas de pesagem simultaneamente e seleciona o grupo cujo peso total fica mais próximo do peso-alvo sem ficar abaixo dele. Em seguida, sinaliza à máquina de embalagem que uma porção está pronta. A próxima seção mostra como essa escolha é feita.

Etapa 5: Descarga e reabastecimento

Quando a máquina de embalagem solicita o produto, os motores de passo abrem as tremonhas de pesagem selecionadas. As porções caem pela calha de descarga até a tremonha de coleta ou diretamente na embalagem caso não exista uma tremonha de coleta instalada. A pesadora confirma a descarga para que a máquina de embalagem possa selar a embalagem. As tremonhas de pesagem vazias são reabastecidas pelas tremonhas de alimentação acima delas e participam novamente da próxima combinação.

A produtividade é limitada principalmente pelo tempo de reabastecimento. Uma cabeça que ainda está sendo preenchida não pode participar da próxima combinação. Portanto, qualquer fator que atrase o reabastecimento reduz a velocidade de toda a máquina, independentemente da rapidez com que as células de carga se estabilizam. Para entender como a pesadora se integra à máquina de embalagem e aos equipamentos de inspeção, consulte nossa visão geral sobre máquinas automáticas de pesagem e embalagem.

Como o cálculo das combinações encontra o peso mais próximo

O número de grupos possíveis aumenta rapidamente com cada cabeça: 10 tremonhas de pesagem geram 1,023 combinações, enquanto 14 cabeças geram 16,383. Com mais candidatos disponíveis, o sistema de controle normalmente consegue encontrar um grupo mais próximo do peso-alvo, reduzindo a quantidade de produto oferecida acima do peso declarado em cada embalagem.

Considere como exemplo uma máquina de 10 cabeças com um peso-alvo de 250 g e suponha que as dez tremonhas de pesagem contenham atualmente as seguintes porções (valores ilustrativos):

Se você adicionasse as porções uma após a outra até ultrapassar o peso-alvo, como uma balança convencional faz ao encher uma embalagem, você pararia na cabeça 5 com 288.4 g, ou seja, 38.4 g acima do alvo. A busca por combinações, por outro lado, encontra as cabeças 1, 2, 4 e 8: 58.4 + 61.2 + 66.3 + 64.2 = 250.1 g, apenas 0.1 g acima do alvo. Somente essas quatro tremonhas são abertas. As outras seis mantêm suas porções e passam diretamente para a próxima busca.

As pesadoras multicabeçais foram desenvolvidas exatamente para esse tipo de busca. Elas surgiram inicialmente na década de 1970, e as primeiras máquinas foram utilizadas em determinados tipos de vegetais. Os produtos frescos mostram claramente o problema: as peças podem variar tanto em peso que ninguém consegue atingir exatamente o peso de uma embalagem adicionando-as uma por uma. Trocar uma pimenta pequena por uma grande até que a balança indique o peso correto também é lento e raramente preciso. Selecionar o melhor grupo entre várias porções pré-pesadas resolve os dois problemas ao mesmo tempo.

Se o sistema de controle avalia todos os grupos possíveis ou realiza uma busca limitada entre os grupos mais promissores é uma decisão de projeto. É uma pergunta válida para fazer a nós e a qualquer outro fornecedor que você esteja comparando.

Precisão, velocidade e excesso de produto

Excesso de produto é a quantidade de produto colocada na embalagem acima do peso declarado. Reduzi-lo é uma das principais razões pelas quais as empresas compram uma pesadora multicabeçal. Uma certa quantidade de excesso é inevitável. Como a etapa 4 seleciona uma combinação que atinge o peso-alvo sem ficar abaixo dele, o resultado normalmente fica ligeiramente acima do alvo e raramente exatamente sobre ele.

Três fatores aumentam o excesso de produto: um preenchimento mais grosseiro por cabeça, porque o menor incremento disponível é maior; menos combinações candidatas, conforme explicado na próxima seção sobre o número de cabeças; e, principalmente, produtos que não saem completamente da tremonha, porque o peso medido deixa de ser o mesmo peso que chega à embalagem.

Uma velocidade nominal só faz sentido quando você sabe a quantos canais de descarga ela se refere. Nossa Memory Hopper 30 Heads, por exemplo, é classificada em 300 pesagens por minuto (WPM), também indicada como 5 × 60 WPM. Suas 30 cabeças são divididas em cinco grupos de pesagem independentes, cada um operando a 60 WPM e cada um alimentando sua própria máquina de embalagem. Os 300 WPM representam o total das cinco linhas; se sua linha possui uma única máquina de embalagem, o valor aplicável é 60 WPM.

Qualquer especificação de velocidade exige o mesmo cuidado. Um valor em WPM significa pouco sem conhecer as condições de teste: o produto, o peso-alvo e a tolerância. A mesma máquina não atingirá a mesma velocidade com 500 g de arroz e com 150 g de muçarela ralada. Como uma pesadora só pode garantir aquilo que pesou, muitas linhas adicionam uma balança de controle após a máquina de embalagem para confirmar o conteúdo real de cada embalagem finalizada. Nosso guia de pesagem de controle explica como funciona essa verificação final.

Como manter a precisão de uma pesadora multicabeçal

A precisão especificada pressupõe que cada célula de carga esteja realizando a leitura a partir de um verdadeiro ponto zero. Resíduos de produto na tremonha de pesagem, poeira nas superfícies de contato ou impactos durante a limpeza podem alterar essa referência. Por isso, uma verificação diária do ponto zero e uma calibração formal a cada 6 a 12 meses são práticas padrão. Nossos sistemas de controle suportam calibração de peso em vários níveis e incluem um alarme inteligente de falhas que identifica problemas à medida que ocorrem. O cronograma completo, desde as verificações diárias até a manutenção anual, está disponível em nosso guia de manutenção e calibração de pesadoras multicabeçais.

Como o número de cabeças afeta a velocidade e a precisão

Em princípio, mais cabeças devem significar uma correspondência mais próxima, porque cada cabeça adicional aproximadamente dobra o número de combinações possíveis. As especificações publicadas mostram que o ganho é direcionado principalmente para a produtividade. A 4.0G 10 Head opera a 70 WPM, enquanto a 4.0G 14 Heads opera a 110 WPM. Ambas são classificadas em ±0.5–2 g, utilizam as mesmas tremonhas de 1.6 L e cobrem a mesma faixa de 15–1000 g.

Adicionar quatro cabeças à mesma família de máquinas aumenta a produtividade em 57% e mantém inalterada a faixa de precisão especificada, enquanto a mudança para um produto diferente com o mesmo número de cabeças amplia essa faixa aproximadamente cinco vezes. As quantidades de cabeças disponíveis na linha são 6, 8, 10, 14, 16, 18, 20, 24 e 30; os volumes das tremonhas variam de ≤1 L a ≤8 L, conforme o modelo.

Três modelos publicados mostram esse padrão lado a lado:

Os três modelos Anti-sticky seguem o mesmo padrão: 6 cabeças a 40 WPM, 8 a 60 e 10 a 80, todos classificados em ±1–10 g. Em ambas as famílias, o aumento do número de cabeças altera a velocidade, mas mantém a especificação de precisão.

Passar de 10 para 14 cabeças aumenta o número de combinações candidatas de 1,023 para 16,383, e a máquina utiliza essas combinações adicionais para atingir o peso-alvo mais rapidamente. A precisão é determinada anteriormente no ciclo, pela precisão com que cada tremonha pode ser preenchida e pela eficiência com que ela é esvaziada.

As tremonhas de memória ampliam o mesmo princípio. Ao manter disponíveis para o próximo cálculo as porções já pesadas, mas não utilizadas, elas fornecem ao sistema de controle mais candidatos sem precisar esperar por um novo reabastecimento. É assim que nossos modelos Memory Hopper alcançam de 160 a 300 WPM com 16 a 30 cabeças, na maioria dos casos divididos entre dois e cinco canais de descarga.

O número de cabeças é apenas uma linha da ficha técnica. Combinar o número de cabeças, o volume das tremonhas e a velocidade com um determinado produto é uma questão de seleção independente.

Como as características do produto alteram o ciclo de pesagem

Em uma pesadora multicabeçal, a pesagem e o cálculo (etapas 3 e 4) funcionam da mesma forma para todos os produtos. O produto afeta as etapas 1, 2 e 5: como ele se distribui pelo cone superior, como é alimentado nas tremonhas e como cai durante a descarga. É por isso que nossos modelos diferem principalmente no método de alimentação, no tamanho das tremonhas e na superfície das tremonhas, e por que duas máquinas com o mesmo número de cabeças podem apresentar classificações de precisão muito diferentes.

Produtos de fluxo livre, como snacks, castanhas, doces e alimentos congelados, são a referência para a qual uma máquina padrão é projetada. Eles se distribuem uniformemente, deslocam-se apenas com a vibração e caem facilmente, permitindo que uma máquina de uso geral alcance sua precisão nominal completa. Nosso guia sobre máquinas de embalagem e soluções de pesagem para snacks aborda essas linhas com mais detalhes.

O mesmo se aplica a produtos não alimentícios, como peças metálicas e peças plásticas, porque o princípio de pesagem não depende do que está dentro da tremonha. Itens longos e finos, como salsichas e hashis, são uma exceção: eles exigem nossa Stick-shape Weigher. Os produtos abaixo são aqueles que interferem em uma das etapas de movimentação. Você pode comparar todos os modelos em nossa linha de pesadoras multicabeçais, enquanto nossa visão geral dos 12 tipos de pesadoras combinadas que fabricamos apresenta cada família em mais detalhes.

Produtos pegajosos e úmidos

Produtos pegajosos prejudicam a alimentação linear e a descarga, que correspondem às etapas 2 e 5 do ciclo de pesagem. Eles aderem às bandejas dos alimentadores, às paredes das tremonhas e às comportas, enquanto a vibração tende a compactá-los em vez de fazê-los avançar. Qualquer produto deixado na tremonha após a descarga é um peso que foi medido, mas nunca chegou à embalagem.

Abordamos esse problema em três pontos. O primeiro é a tremonha: a Anti-sticky 10 Heads Multihead Weigher utiliza uma tremonha raspadora de 1.5 L que remove o produto durante a descarga. O segundo é a alimentação: nossas Anti-sticky 6 Heads podem ser configuradas com alimentação por transportador ou alimentação por rosca para produtos oleosos ou de difícil fluxo, como carne cortada em cubos.

O terceiro é a superfície de contato: as tremonhas de nossas pesadoras High Precision Compact estão disponíveis com superfície texturizada ou lisa, e uma superfície texturizada reduz o contato com o aço, permitindo que produtos levemente oleosos ou úmidos sejam liberados de forma mais limpa.

Produtos frágeis

Para produtos frágeis, cada transferência representa uma queda: do cone superior para a tremonha de alimentação, da tremonha de alimentação para a tremonha de pesagem, da tremonha de pesagem para a calha e da calha para a embalagem. As quebras se acumulam ao longo das quatro quedas, e é por isso que uma máquina que manipula bem crackers é mais do que uma máquina padrão operando em uma velocidade menor.

Nossa Manual Weigher substitui a alimentação vibratória por um sistema de correia transportadora que reduz as quedas, sendo adequada para produtos frágeis ou pegajosos. A série Anti-sticky também é utilizada para produtos frágeis e difíceis de movimentar.

Um manuseio mais suave normalmente reduz a velocidade: a Manual Weigher alimentada por correia é classificada em 50 WPM. Não publicamos alturas de queda, portanto qualquer índice de quebra informado deve ser considerado algo a ser testado em seu próprio produto.

Produtos volumosos e produtos frescos

Para produtos volumosos, o limite é o volume da tremonha. A etapa 3 pesa uma porção completa de cada vez, portanto uma porção que não caiba em uma única tremonha não poderá ser pesada, e nenhum número adicional de cabeças resolve essa limitação. Nossas Large Volume Salad weighers combinam tremonhas de 5.5 L ou 7.5 L com vibradores mais potentes, aberturas de comportas maiores e um cone superior rotativo ajustável que distribui uniformemente produtos folhosos na etapa 1. Para batatas e produtos semelhantes, nossas Potato weighers utilizam tremonhas de 5 L.

Produtos empoeirados e pós

A poeira não altera a forma como uma célula de carga realiza a pesagem. Ela é levantada nas etapas 1 e 2 enquanto o produto é distribuído e alimentado e se deposita ao redor das células de carga e das partes móveis. Grânulos finos também podem formar pontes dentro das tremonhas em vez de fluir livremente.

Como esses problemas surgem nas etapas de alimentação das quais uma pesadora multicabeçal depende, recomendamos um loss-in-weight feeder em vez de uma pesadora multicabeçal para produtos em pó.

Pesos-alvo muito pequenos

Com apenas alguns gramas por embalagem, o limite está na precisão com que os alimentadores lineares conseguem dosar cada porção. Uma única peça representa uma grande parcela do peso-alvo, e uma tremonha padrão é muito grosseira para construir o peso com precisão. Nossas pesadoras High Precision Compact cobrem de 2–300 g com precisão de ±0.1–1 g. Para as menores porções, a Super Precision Micro Multihead Weigher apresenta precisão de ±0.03 g com tremonhas de 0.1 L e uma faixa de 0.5–50 g.

Isso representa uma precisão de 17 a 67 vezes maior do que uma máquina de uso geral com ±0.5–2 g, com peso máximo de 50 g. A precisão nesse nível depende do projeto da tremonha e, portanto, não pode simplesmente ser adicionada a uma máquina maior.

Uma pesadora multicabeçal não é a única opção, e vale a pena comparar também pesadoras mais simples.

Pesadora multicabeçal vs. pesadora linear e pesadora de tremonha única: como os princípios diferem

Pesadoras lineares e pesadoras de tremonha única não combinam porções: cada tremonha é preenchida individualmente até o peso-alvo e depois liberada. Uma pesadora linear utiliza várias dessas tremonhas lado a lado; uma pesadora de tremonha única possui apenas uma. Sem o cálculo das combinações, ambas são mais lentas, mecanicamente mais simples e consideravelmente mais econômicas.

Para a maioria das linhas, recomendamos uma pesadora multicabeçal, porque ela é mais rápida e mantém o peso dentro de limites mais precisos. A pesagem combinada justifica seu custo principalmente em aplicações de alta velocidade, com produtos desafiadores, como itens irregulares, longos, frágeis ou pegajosos, e com produtos de alto valor, nos quais um grama de excesso por embalagem pode representar uma perda financeira significativa ao longo de um ano. Uma pesadora linear é a opção para orçamentos mais limitados: ela é adequada para uma linha que trabalha com um único tamanho fixo de embalagem, velocidade moderada, produtos de fluxo livre e uma tolerância suficientemente ampla para que o excesso não justifique o investimento adicional.

Se você não tiver certeza de qual solução é adequada para sua linha, nosso comparativo completo analisa essa decisão com mais detalhes.

Perguntas frequentes

Compradores que comparam pesadoras multicabeçais também costumam fazer as seguintes perguntas:

1. Uma pesadora combinada é a mesma coisa que uma pesadora multicabeçal?

   
   

   Sim. Pesadora combinada, computer combination weigher e pesadora multicabeçal são termos usados para designar a mesma máquina. Os dois primeiros descrevem o cálculo realizado na etapa 4, enquanto o terceiro descreve o conjunto de cabeças de pesagem que alimenta esse cálculo. As fichas técnicas e os resultados de pesquisa utilizam esses termos de forma intercambiável.

2. Qual é a diferença entre uma pesadora multicabeçal e uma balança de controle?

   
   

   Elas ficam em pontos opostos da máquina de embalagem. Uma pesadora multicabeçal monta cada porção até o peso-alvo antes que a embalagem seja formada; uma balança de controle pesa cada embalagem selada posteriormente e rejeita aquelas que estiverem fora da tolerância. A primeira reduz o excesso de produto e a segunda confirma que cada embalagem atende ao peso declarado. Por isso, muitas linhas utilizam ambas. Nosso guia de pesagem de controle explica como funciona a pesagem de controle.

3. Com quais máquinas de embalagem uma pesadora multicabeçal pode trabalhar?

   
   

   Uma pesadora multicabeçal fica acima da máquina de embalagem e libera uma porção pesada a cada ciclo, portanto pode alimentar máquinas de embalagem que recebem o produto pela parte superior. Nossas pesadoras são integradas a máquinas verticais form-fill-seal (VFFS), seladoras de bandejas e máquinas termoformadoras. As duas máquinas trabalham coordenadamente por meio de uma simples troca de sinais: a pesadora informa que uma combinação está pronta, a máquina de embalagem solicita essa combinação e a pesadora confirma a descarga.

4. O que é uma pesadora de mistura?

   
   

   Uma pesadora de mistura processa dois ou mais produtos em uma única máquina e os combina em uma única embalagem em uma proporção definida, como ocorre com mixes de frutas secas, misturas de snacks e embalagens combinadas. Nossas pesadoras multicabeçais Memory Hopper suportam configurações de até 5 misturas. Mecanicamente, as cabeças são divididas em grupos, um para cada produto, e o cálculo da etapa 4 utiliza um alvo separado para cada grupo.

Próximo passo: escolhendo uma pesadora multicabeçal para seu produto

O número de cabeças determina a velocidade de funcionamento de uma pesadora multicabeçal; o produto e a tremonha projetada para ele determinam o quanto o peso será mantido próximo ao alvo. Portanto, a escolha da máquina adequada ao seu produto depende dos detalhes da sua aplicação. Se preferir comparar os modelos por conta própria, nossa linha completa de pesadoras multicabeçais é o melhor ponto de partida.

Se preferir conversar diretamente com um engenheiro, envie-nos três informações sobre sua aplicação. Recomendaremos uma máquina adequada ao seu produto e informaremos a velocidade que ela pode atingir realisticamente com esse produto, e não apenas o valor máximo de catálogo. Nossos equipamentos operam em mais de 120 países e contam com suporte de escritórios regionais em Taiwan e na Alemanha. Nosso formulário de contato possui um campo de texto livre, portanto inclua nele as três informações:

1. O que você está pesando (produto e tamanho típico das peças)
2. Peso-alvo por embalagem e sua tolerância
3. Número de embalagens necessárias por minuto

Envie os detalhes do seu produto aos nossos engenheiros