Antonio José Calderón Godoy
Universidad de Extremadura, [email protected]
Resumen
En este trabajo se aborda el diseño y desarrollo de un sistema automático de detección de defectos en tiempo real en el sellado de alimentos envasados, herméticamente cerrados. Este sistema irá ubicado justo después de la salida de la etapa de termosellado y antes del embalaje y paletizado de los envases.
Palabras Clave: Detección de fallos, termosellado.
1 INTRODUCCIÓN
El sellado de los alimentos envasados y termosellados, herméticamente cerrados, debe realizarse correctamente para garantizar que el alimento podrá mantener sus características inalteradas durante un periodo de tiempo prolongado. Existen una serie de factores que influyen en el proceso de termosellado y que han de tenerse en cuenta a fin de conseguir un sellado hermético. Estos factores pueden agruparse en dos categorías:
- Características de los materiales (composición y diseño)
- Tecnología aplicada (equipo y condiciones) Dentro de estas categorías, los parámetros más importantes a considerar serán: porosidad del material, superficies de contacto, adhesión, solapado, etc. y las condiciones de presión y temperatura que definirán la continuidad del cierre.
Actualmente los procesos más importantes empleados para la verificación del sellado de alimentos envasados y termosellados, herméticamente cerrados, son la inspección visual y la detección de microfugas.
La inspección visual es un proceso no destructivo realizado a través de planes de muestreo, basados en procedimientos estadísticos, diferentes según la índole de la inspección que se desea realizar. Consiste en realizar una comprobación del cierre de determinado número de envases tomados al final de
la cadena. Sin embargo, no son examinados el 100% de ellos y por tanto hay riesgo de dar por válidos envases que no estén herméticamente cerrados y que, por tanto, sean no aceptables pero no detectados. Este método por sí solo no proporciona un alto nivel de seguridad para detectar envases defectuosos. Sólo proporcionará una idea de la aceptabilidad e inocuidad de los envases sospechosos examinados y permitirá prever la contaminación posterior.
Como ventaja podemos decir que permite examinar un gran número de envases y el coste es mínimo, pero existen limitaciones en cuanto a los recursos y representatividad de la muestra; no siendo todos los defectos y/o fugas detectables. Por lo tanto, este método debe ir acompañado de otras pruebas discriminatorias como: controles de hermeticidad, fuerza y continuidad del cierre.
Por otra parte podemos citar determinados métodos de detección de fugas (ensayo de aire a presión, del Helio, del Sulfuro de Hidrógeno, etc.) empleados en combinación con los ensayos microbiológicos, para corroborar los resultados obtenidos en el laboratorio. También tienen sus ventajas (rapidez, magnitud de la fuga, proporcionan dato permanente) y desventajas (no indican el punto de fuga, difícil selección del ensayo más adecuado, etc.)
Por lo tanto, los sistemas existentes actualmente para la detección de defectos de sellado de la tapa (colocada en el proceso de cierre de tarrinas) adolecen de una serie de limitaciones que los hacen inapropiados para su aplicación directa en el proceso productivo.
Entre estas limitaciones se pueden destacar el elevado precio de estos sistemas, que lo hacen inaplicable en productos de bajo valor comercial unitario, y su elevada cadencia, lo que impide que se pueda verificar en tiempo real el total de la producción. La solución adoptada para paliar este último inconveniente es realizar un muestreo de los envases cerrados, lo que no garantiza una fiabilidad del 100% en el producto de salida [1-6].
Por otra parte, la etapa de cierre de envases es la última antes del embalaje y paletizado de los mismos para su expedición. Por ello, un defecto en el sellado (cierre) no será detectado hasta que el producto no llegue al punto de venta o, incluso, al consumidor. El resto del artículo está estructurado como sigue. En la sección 2 se describe el sistema que se pretende desarrollar para la detección de fallos. En la sección 3 se expone el funcionamiento del sistema descrito En la sección 4 se realizan algunas consideraciones sobre las necesidades para implantación del prototipo desarrollado en la cadena de producción en la planta real. Finalmente, en la sección 5 se presentan las conclusiones y pretensiones de este trabajo.
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DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
En este proyecto se propone un sistema para la detección en tiempo real de defectos en el sellado (cierre) de las tapas de envases (tarrinas de compota). En la figura 1 aparece una imagen del tipo de envase a inspeccionar. En ella se puede apreciar la morfología de la tarrina, siendo las medidas a tener en cuenta para el diseño del sistema de detección de fallos las siguientes: altura = 33 mm, diámetro = 84 mm.
Figura 1: Tarrina de compota a inspeccionar Ante la falta de métodos en continuo, no excesivamente caros y suficientemente eficaces, se considera justificada la necesidad de buscar un método de detección de fugas y verificación del sellado, para instalar al final de las líneas de producción, de aplicabilidad a este tipo de alimentos envasados, siendo examinada la totalidad de la producción antes de ser introducida en el embalaje. Con este proyecto se trata de desarrollar estrategias de detección, inspección y control automático de fallos de sellado, con una garantía de ausencia de éstos sobre el 100% de la producción.
Se ha construido una plataforma experimental donde ensayar la estrategia propuesta. Esta plataforma debe,
a su vez, servir como prototipo del sistema a instalar al final de las cadenas de producción que incluyan líneas de sellado de productos envasados, herméticamente cerrados. Además, en los que se deba garantizar la inspección sobre toda la producción. Estos condicionantes obligan a que el sistema desarrollado tenga la capacidad de funcionar en ambiente industrial y trabaje en tiempo real, no suponiendo una merma en la capacidad productiva de la línea de producción en la que se instale.
Este sistema estará formado por un alimentador de tarrinas procedentes de la máquina de termosellado, una estación para la detección de envases con defectos de sellado y un sistema de identificación y expulsión de tarrina defectuosa. Todas estas estaciones estarán conectadas mediante una cinta trasportadora (conveyor) por la que discurrirán las tarrinas (envases).
El conjunto resultante puede apreciarse en la representación esquemática que aparece en la figura 2. Cada una de las estaciones estará constituida por una estructura construida en perfilaría de aluminio, sobre la cual se sitúan los componentes encargados de realizar el proceso correspondiente, incluyendo las electroválvulas de control cuando se trate de componentes neumáticos.
Figura 2: Representación esquemática del sistema completo
2.1 ESTACIÓN DE DETECIÓN DE DEFECTOS
Para la detección de fallos o defectos en el sellado se han de utilizar métodos que no afecten (alteren) el contenido de las tarrinas, a la vez que garanticen una frecuencia de procesado de tarrinas suficiente para la inspección de todas y cada una de ellas.
En el momento en que se planteó el proyecto, el llenado de las tarrinas se llevaba a cabo con el producto en frío. Esto traía como consecuencia que al cerrar la tarrina se producía una leve sobrepresión en el interior del envase que provocaba un ligero abombamiento en la tapa. Por tal motivo se decidió actuar justo después de la estación de termosellado para la detección de los defectos del mismo.
El sistema de detección propuesto consistía en aplicar presión con un palpador sobre la tapa y medir el desplazamiento producido cuando existe anomalía o defecto en el sellado (cierre). Para esta tarea se utilizó el sensor SMAT-8E-S50-IU-M8. El sistema ideado respondía al esquema mostrado en la figura 3.
Resorte
Envase Palpador Sens or SMAT Cilindro sin vástago Amortiguador hidráulico Soporte de fijación del palpador
Figura 3: Representación esquemática del sistema propuesto
Como se puede apreciar, el sistema palpador-resorte va montado sobre un soporte de aluminio. El sensor de desplazamiento SMAT está fijado solidariamente a este soporte, de manera que puede medir el desplazamiento relativo producido entre el soporte y el palpador.
El movimiento en sentido vertical de este soporte (arriba/abajo) se consigue utilizando un actuador lineal sin vástago del tipo DGC-G de 12 mm de ∅. Para el control del cilindro se utiliza un distribuidor electroneumático de 5 vías/2 posiciones, gobernado por las salidas digitales de un autómata programable s7_224. Las posiciones superior e inferior del sistema soporte-palpador están fijadas por sendos amortiguadores hidráulicos. La ubicación del amortiguador inferior está determinada por la máxima presión que el palpador debe ejercer sobre la tarrina. Esta presión se determina experimentalmente, de forma que no se dañe la tapa del envase, pero produzca una deformación suficiente en el resorte
que permita la detección de fugas. Es precisamente la aparición de estas fugas el facto que se utilizará para determinar la existencia de defectos en el termosellado.