INDUSTRIA HORTICOLA -7

Timpimirescripción del montaje, la configuración

eléctrica y el uso de una línea demanipulación experimental basada en

bandejas orientada al desarrollo deestudios experimentales

Desarrollo de unbanco de ensayosde sensores en línea

BELÉN DIEZMA IGLESIASPILAR BARREIRO ELORZAMARCIA EIKO ATARASIMARGARITA RUIZ-ALTISENTbelen.diezma@upm.es

Fotografía 1: En entornos anglosajones la eva-sistema de control luación objetiva de la calidad decentralizado, los productos agroalimentarios

se denomina off-line, at-line,in-line y on-line en función dellugar en que se lleva a cabo. Laevaluación off-line tiene lugarfuera de la central hortofrutícola;en el análisis at-line la evalua-ción se realiza en el laboratoriode calidad situado en dicha cen-tral y en las proximidades de lalínea de confección. El análisisin-line corresponde a procedi-mientos no destructivos que porsu lentitud no pueden ser apli-cados a todas las unidades deproducto, pero sí a una ampliarepresentación de la partida. Eneste caso el sensor o sensores semontan en la línea de confecciónsobre un by-pass o ruta alterna-tiva que permite el paso de undeterminado porcentaje de pro-ducto. Por último, la evaluaciónon-line supone la evaluaciónno destructiva total de productoprocesado.

• Las mayores ventajas se consiguen conJa incorporación de medidas nodestructivas on-line, al realizar unaevaluación completa de las partidas y notener restricciones de material en cuanto ageneración de costes adicionales y residuos

HORTICULTURA

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TECNOLOGÍA DE PRODUCCIÓN I

Fotografía 2:detallesde bandejade transporte,inductivo y pistónde parada.

Es evidente que las mayoresventajas se consiguen con la in-corporación de medidas no des-tructivas on-line, al realizar unaevaluación completa de las par-tidas y no tener restricciones dematerial en cuanto a generaciónde costes adicionales y residuos.Sin embargo, la instalación desensores en línea supone ciertasrestricciones y condicionantes enel funcionamiento del sistema.Entre ellos podemos destacar:a) tiempo de presentación de lamuestra al sensor que solo esirrelevante en sistemas sin con-tacto fruto-sensor; b) tiempo deadquisición de la señal que limi-ta la velocidad de alimentaciónde la línea (ha de ser inferior a100 ms para líneas que avanzana 1 m/s); c) tiempo de procesadode la señal que determina la dis-tancia a la que ha de colocarseel sensor y el sistema de expul-sión del fruto, considerando queel desplazamiento del fruto hade ser perfectamente predeciblepara que no se produzcan erroresde clasificación; d) volumen dedatos en bruto generados que ge-neralmente no se almacena paraevitar el colapso del sistema, yque sin embargo suponen una in-formación de gran valor actual-mente desaprovechada.En las líneas de confección yclasificación de productos hor-tofrutícolas existen dos tenden-cias. La más tradicional y pre-ponderante desplaza el fruto a lolargo de la línea pasando de unelemento al siguiente mediantepuntos de transferencia, mien-tras que la más novedosa incor-pora bandejas móviles sobre lasque se encuentran los frutos. Laprimera opción, las líneas tipoen este momento, presenta comoprincipal contrapartida los dañosque se producen al producto ensu avance. En un primer momen-to se sustituyó el trasiego mecá-nico por flujo con agua, pero estaalternativa sólo es válida parafrutos menos densos que el aguay presenta los inconvenientes defavorecer las contaminacionesfúngicas y de precisar secado

La ventaja fundamental de la se-gunda opción es la posibilidadde manipular productos comple-jos como tomates en rama, perotiene el inconveniente de menorlímite de velocidad, dada la ne-cesidad de arrastrar la bandeja,lo que se hace fundamentalmentepor fricción.

Línea experimental: bancode ensayo de sensoresEl grupo de investigación de laUniversidad Politécnica de Ma-drid "Laboratorio de Propieda-des Físicas y Técnicas Avanza-das en Agroalimentación" (LPF-TAG), ha experimentado ya conambos tipos de líneas a travésde convenios y colaboracionescon empresas fabricantes y usua-rias (Maxfrut S.L., MultiscanTechnologies S.L., Anecoop S.Coop., F. Esther S.A., Agrotéc-nica Extremeña S.L...). De estaexperiencia se deduce que laslíneas que incorporan bandejasmóviles ofrecen un marco muyadecuado para el montaje expe-

Las líneas que incorporan bandejas móvilesofrecen un marco muy adecuado parael montaje experimental de nuevos sistemasde determinación de calidad para frutas,hortalizas y productos alimentarios diversos

HORTICULTURA

I INDUSTRIA HORTÍCOLA

Fotografía 3:vista generalde la línea.Túnelesde iluminación.

Fotografía 4:bandeja perforadapara aplicaciónen sistema detransmitancia.

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rimental de nuevos sistemas dedeterminación de calidad parafrutas, hortalizas y productosalimentarios diversos.En este artículo se describe elmontaje, la configuración eléctri-ca y el uso de una línea de mani-pulación experimental basada en

bandejas orientada al desarrollode estudios experimentales quepermitan la adaptación de siste-mas in-line y at-line a configu-raciones de tipo on-line. Asimis-mo, se presentan las posibilida-des de utilización de este tipo delíneas en las centrales hortofrutí-

colas como líneas de escandalloo muestreo, y se propone comouna instalación a disposición dela industria para verificar nuevastecnologías de determinación dela calidad en frutas y hortalizas.La fotografía 2 ofrece un detallede la línea, que consta de un bas-tidor y de una cinta de fricciónde nylon en la banda central parael arrastre de las bandejas. Enuna de las esquinas se sitúa unmotor trifásico de 0,5 kW cuyorégimen es regulable medianteun variador de frecuencia. La lí-nea admite movimiento horarioy antihorario, y velocidades dehasta 0,5 m/s; nótese la diferen-cia con las líneas comercialesque habitualmente trabajan a 1m/s.La línea admite varios tipos debandejas todos ellos hexagonales(25, 35 y 45 cm del extremo an-terior al posterior). Esta configu-ración permite la incorporaciónde dos patines de fricción queson arrastrados por la cinta denylon, y disponen asimismo dedos estabilizadores laterales queapoyan sobre las bandas latera-les de la línea. La configuraciónhexagonal genera huecos entrebandejas lo que es especialmenteconveniente para contabilizar in-dividualmente el paso de bande-jas empleando al efecto sensoresde tipo inductivo. En caso nece-sario pueden incorporarse puntosde parada, diseñados a partir deun cilindro neumático montadoen el bastidor de la línea que seeleva interponiéndose en el ca-mino de la bandeja y provocandola detención de ésta al vencer lafuerza de fricción entre los pati-nes y la cadena.Las bandejas son por defectoplanas y exigen el diseño y fa-bricación de cazoletas para cadaproducto (fotografía 5), que en lamayoría de los casos han de es-tar dotados de al menos un gradode libertad que permite al vuelcosobre una línea de expulsión (Fi-gura 1). El diseño de la cazoletadel producto debe estar asimis-mo adaptado a la configuracióndel sistema de medida que se

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Figura 1:Detalle del dispositivo de vuelcode una cazoleta montada sobre bandejade transporte

TECNOLOGÍA DE PRODUCCIÓN I

Fotografía 5:cazoleta parafruto grandesobre bandejatransportadora.

desea evaluar: por ejemplo si sedesea un sistema de transmitan-cia la cazoleta debe permitir elpaso de la radiación a su través(fotografía 4).Tal y como se ha indicado la lí-nea de trasiego está preparadapara trabajar tanto en continuocomo en discreto, empleando enel segundo caso paradores neu-máticos gestionados a través deun sistema de control centrali-zado. El sistema de control cen-tralizado consta de un autómataprogramable (Siemens S7 315)en el que se han configurado 20entradas y 20 salidas digitales através de un entrenador con bor-neros (fotografía 6). Todo ellopermite conectar y desconectarde forma flexible entradas digita-les como sensores de tipo induc-tivo, células fotoeléctricas, sen-sores de ultrasonido, palpadoresmecánicos y finales de carrera,así como salidas digitales comoelectroválvulas neumáticas, ci-lindros y motores eléctricos pasoa paso. El entrenador permite ve-rificar el funcionamiento de los

programas y los errores sin ne-cesidad de conectar los circuitoseléctricos correspondientes.Un aspecto de especial relevan-cia en la configuración de la lí-nea es el tipo de perfiles de alu-minio del bastidor, que permitela fácil adaptación de elementosportantes sobre los que montar elsistema de determinación de lacalidad no destructivo (fotogra-fía 7).En la configuración actual la lí-nea de pruebas dispone de dostúneles de iluminación halógenay fluorescente (fotografía 3), laprimera es imprescindible para

la obtención de espectros elec-tromagnéticos (visión multies-pectral e hiperespectral) en unamplio rango de longitudes deonda (UV IR medio), mientasque la segunda dotada de balas-tos electrónicos, es especialmen-te adecuada para sistemas de ad-quisición de imágenes RGB. Lailuminación halógena puede serasimismo sustituida por sistemasde iluminación LED (Light Emit-ting Diode) que ya han sido pro-bados e implementados con éxitopor algunas casas comerciales(Multiscan Technologies S.L.).Toda esta instalación está ubi-cada en un espacio destinadoa albergar las instalaciones delIMDEA-Alimentación (Institu-to Madrileño de Estudios Avan-zados) en un futuro. Ha sidoconcebida con una triple voca-ción docente, investigadora y detransferencia de innovación. Porello se ha hecho especial hinca-pié en los sistemas de seguridad,así por ejemplo la línea disponede 5 paradores de seguridad (unoen el sistema de control centrali-

• La transparencia genera confianza yla universidad puede ser un adecuadoagente mediador entre las empresas de altastecnologías y los usuarios finales en estalínea

HORTICULTURA 210-FEBRERO 2009 •

Fotografía 6:entrenadordel sistemade controlcentralizado.

Fotografía 7:detalle de losperfiles de aluminioque conformanel bastidor de lalínea.

líneas de escandallo en los pro-cesos productivos de los almace-nes puede incrementar la can-tidad de unidades muestreadas,disminuir las pérdidas de pro-ducto y aportar más informaciónsobre el estado de las partidas.En los últimos seis meses se hahecho una primera aproxima-ción a la instalación de un equi-po acústico existente at-line parasandías y melones. En un primermomento el sistema se ha mon-tado sin apenas modificación deldiseño original de manera que laexperiencia previa así como losalgoritmos de clasificación sean

• La existencia de unbanco de ensayosde estas característicasposibilita la definición deprotocolos de actuaciónque sean transferiblesa las industrias paracuantificar la viabilidadde una tecnología yestablecer indicadoresobjetivos de la calidaddel trabajo

directamente utilizables. Estetrabajo se ha llevado a cabo me-diante una colaboración con laUniversidade Estadual de Cam-pinas (Brasil), siguiendo la vo-cación docente e investigadoraya mencionada.

I INDUSTRIA HORTÍCOLA

zado y cuatro repartidos en cadauna de las patas principales delbastidor). Además se empleanen las conexiones conectores deseguridad (fotografía 1).Todo lo expuesto muestra clara-mente que estas líneas automa-

tizadas, convenientemente adap-tadas a cada situación con uno omás sensores, constituyen unaalternativa a los muestreos sis-temáticos que se realizan en lascentrales hortofrutícolas. La uti-lización de estos sistemas como

Instalación de un sistemaacústicoEl estudio de la respuesta acús-tica de los productos hortofrutí-colas a impactos de baja intensi-dad. es una técnica no destructi-va largamente empleada en nu-merosas investigaciones para la

210-FEBRERO 2009 HORTICULTURA•

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HORTICULTURA

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Figura 2:Vista general del sistemade clasificación acústica.

determinación de diferentes pro-

piedades de calidad interna (fir-

meza, defectos internos...). El

LPFTAG ha desarrollado dispo-

sitivos de laboratorio y portátiles

para la clasificación de frutos de

gran tamaño (sandías y melones)basados en el análisis de las vi-braciones en el rango audible.Estos desarrollos y los resultadosobtenidos en sus aplicaciones,constituyen la base del sistemaque se incorpora a la línea auto-matizada.El dispositivo acústico montadoen la línea automatizada consistebásicamente en un mecanismo deexcitación (impacto controlado),un sistema de captación y regis-tro del sonido y los elementos desoporte y guía (figura 2).

El sistema de impacto está com-puesto por un pistón neumáticoconfigurado para que el vástagotenga un movimiento de salidalento y un movimiento de reco-gida rápido, y un péndulo conuna semiesfera metálica en suextremo; el desplazamiento delpistón sobre el péndulo produceel impacto de éste sobre el pro-

• Todo lo expuesto muestraclaramente que estaslíneas automatizadas,convenientementeadaptadas a cadasituación con uno o mássensores, constituyenuna alternativa a losmuestreos sistemáticosque se realizan en lascentrales hortofrutícolas

dueto. El elemento encargado de

registrar la respuesta vibratoria

es un micrófono ubicado en un

receptáculo que permite generar

un espacio cerrado entre la su-

Electrocihndro

Pendulo

Auricular

HORTICULTURA

I INDUSTRIA HORTÍCOLA

Figura 3:Posiciones del sistema de excitación: preparación(1) e impacto (2)

Posiciones:

sado de las señales acústicas yconsecuentemente la asignaciónde categorías, en el sistema decontrol centralizado.

perticie del fruto y el micrófono,pero evitando el contacto entreambos. La aproximación ópti-ma del receptáculo a la fruta seconsigue mediante un electroci-

• El conocimiento y laexperiencia adquiridosen los trabajos de diseño,montaje y uso de lalínea automatizada eneste ámbito, constituyenun valioso potencialdirectamente transferiblea las centraleshortofrutícolas para laimplantación de líneas deescandallo o muestreo

lindro acoplado a aquel con unarótula, y con 4 finales de carre-ra instalados en la parte externadel receptáculo. La incorpora-ción del electrocilindro permite

Pistón

carreras variables de su vástagoen función del tamaño de la fru-ta. El ciclo de medida se iniciaen el momento en que el sensorinductivo próximo al dispositivoacústico detecta la presencia deun plato, se acciona entonces elpistón de parada correspondientey el electrocilindro inicia la sali-da del vástago empujando así almicrófono. Durante la aproxima-ción, la rótula permite una per-fecta adaptación al contorno dela fruta, y los finales de carrerase encargan de activar la deten-ción del vástago del electrocilin-dro. inmediatamente después elpistón neumático es accionadopara aplicar la excitación. Trasla realización de la medida loselementos móviles vuelven a suposición inicial y el plato es li-berado.

Los elementos de soporte estánformados por los mismos per-files que el resto de la línea, loque permite variar fácilmente elmovimiento relativo de los ele-mentos del dispositivo acústicopara adaptarlos a diferentes ta-maños de producto.En estos momentos se programanlos trabajos de optimización delsistema para introducir el proce-

ConclusiónA título de conclusión el LPF-TAG considera vital la disponi-bilidad de un entorno automati-zado para la evaluación de téc-nicas potencialmente relevantespara el análisis no destructivo dela calidad de frutas y hortalizas.La existencia de un banco deensayos de estas característicasposibilita la definición de pro-tocolos de actuación que seantransferibles a las industrias paracuantificar la viabilidad de unatecnología y establecer indica-dores objetivos de la calidad deltrabajo. Estos protocolos po-drían ser la herramienta que lle-ve transparencia en el sector delas nuevas tecnologías de cara alos usuarios finales. La transpa-rencia genera confianza y la uni-versidad puede ser un adecuadoagente mediador entre las em-presas de altas tecnologías y losusuarios finales en esta línea.El conocimiento y la experienciaadquiridos en los trabajos de di-seño, montaje y uso de la líneaautomatizada en este ámbito,constituyen un valioso potencialdirectamente transferible a lascentrales hortofrutícolas para laimplantación de líneas de escan-dallo o muestreo en las centraleshortoírtitícolas.

- Puede encontrar más informaciónen la Plataforma Horticom, www.horticom.com .

- Otros artículos relacionados con eltema en:

" Desarrollo de sensores paraevaluar la calidad de los alimentos",www.horticom.com ?68491.