SETTEMBRE 2014
AUTOMAZIONE OGGI 375
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AO
SPECIALE
team ha potuto così automatizzare il flusso di simulazione e
apportare modifiche sistematiche ai parametri, calcolare le
sollecitazioni per ogni profilo e, infine, determinare lo stress
minimo e la forma ottimale della bottiglia. “Nel caso della bot-
tiglia di sidro, siamo riusciti a ridurre il peso del 17% circa” dice
Brajer. “In passato avremmo potuto impiegare una settimana
per effettuare le 100 simulazioni necessarie per questa ottimiz-
zazione. Ora, con il processo iterativo, basta un’ora circa”.
Fabbricare e infrangere bottiglie
Il metodo principale per produrre bottiglie a collo stretto, come
quelle per champagne, sidro e vino, è un processo di soffiag-
gio doppio, diverso dal metodo di stampaggio e soffiaggio
utilizzato per i contenitori a bocca larga. Con questa tecnica,
il vetro fuso a 1.500 °C che arriva direttamente dal forno viene
dapprima raffreddato a 1.100 °C in una formatrice e poi tagliato
in ‘gocce’ (piccole forme delle dimensioni di una bottiglia). Sof-
fiando aria compressa si apre una cavità nel materiale rovente
semi-liquido, creando una forma intermedia nella formatrice.
Un secondo getto d’aria conferisce alla bottiglia la forma defi-
nitiva all’interno dello stampo. Successivamente viene utilizzato
un processo di ricottura per aumentare la resistenza del vetro.
Purtroppo è impossibile fabbricare vetro privo di piccolissimi
difetti, anche se abbiamo avuto più di cinquemila anni di tempo
per affinare il processo. I difetti, come piccoli graffio crepe nella
superficie, dovuti al contatto con oggetti e a molti altri fattori,
possono indebolire il materiale. “Se esistesse un vetro privo di
difetti” dice Brajer “le bottiglie sarebbero 100 volte più resi-
stenti”. Poiché il comportamento dei difetti può essere previsto
su basi probabilistiche, Brajer e il suo team utilizzano Abaqus
FEA e Isight per calcolare il rapporto fra sollecitazioni e cedi-
menti, puntando inoltre a ridurre al minimo l’utilizzo di materie
prime nei loro contenitori ecologici. “Il nostro obiettivo è rea-
lizzare la bottiglia più leggera in grado di sopportare un livello
di sollecitazioni massimo statisticamente accettabile” dichiara
Brajer. Con l’aiuto dei team tecnici di Verallia, la simulazione è
stata completata e verificata con collaudi fisici. “In futuro po-
trebbero cambiare le nostre procedure di collaudo” aggiunge
“perché quando disporremo di calcoli che confermano la vali-
dità dei test, gli ingegneri progettisti potranno fare pieno affi-
damento sul processo di ottimizzazione virtuale”.
Peso ridotto con la simulazione
La pressione di carico interna è una delle cause più comuni di
cedimento dei contenitori di bevande gassate, ma non è l’unica.
Lungo il percorso dallo stampo di soffiaggio, passando per la
linea di imbottigliamento, fino allo scaffale del negozio, tutte
le bottiglie, indipendentemente dalla bevanda, vengono riem-
pite, tappate, accatastate e trasportate. Sono quindi soggette
alle più svariate condizioni di carico, dallo stress termico (per i
liquidi caldi) agli urti, dallo schiacciamento alla compressione.
La vita di una bottiglia di vetro è molto precaria. Brajer e il suo
teamvogliono cambiare questa condizione. Dopo aver concen-
trato i primi studi di ottimizzazione sull’analisi della pressione,
ora il team intende applicare lo stesso metodo (e gli stessi stru-
menti software) per analizzare altre modalità di cedimento
della bottiglia. Nei progetti futuri, la riduzione del consumo di
materie prime resterà un obiettivo primario dell’attività di R&D
in Verallia. Questa strategia di progettazione è fondamentale
nell’ottica della riduzione di emissioni di CO
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nei processi pro-
duttivi. “Il nostro obiettivo è consumare meno energia per ogni
bottiglia prodotta” dice Brajer. “Se riduciamo il consumo di ma-
terie prime, consumiamo meno energia per la loro lavorazione
e per fondere e formare il vetro. La quantità di CO
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generata
dal processo, a sua volta, è direttamente collegata al consumo
di energia e materie prime”. Considerando il consumo mon-
diale di bevande e alimenti in bottiglia, vale la pena affrontare
il problema dell’impronta di carbonio della produzione di bot-
tiglie. Verallia, packaging sector di Saint-Gobain, è il secondo
produttore mondiale di bottiglie e vasi di vetro, con una pro-
duzione annua di circa 25 miliardi di contenitori. Brajer e il suo
teamutilizzano Abaqus FEA e Isight per calcolare il rapporto fra
sollecitazioni e cedimenti, puntando inoltre a ridurre al minimo
l’utilizzo di materie prime nei loro contenitori ecologici.
Dassault Systèmes -
Brajer e il suo team utilizzano Abaqus FEA e Isight per calcolare il rapporto fra sollecitazioni e cedimenti, puntando inoltre
a ridurre al minimo l’utilizzo di materie prime nei loro contenitori ecologici
