Tecnologías automatización y control de calidad 2 · Tecnologías de automatización y control ... • Control PID • Control Adaptativo • Lógica Difusa ... (identificación,

ainiaTecnologías de automatización y control

de calidad en la elaboración de platos preparados

16 de febrero de 2011

Ricardo Díaz ● [email protected] ● Dpto Instrumentación y Automática

easyFairseasyFairs®® RESTAURACIRESTAURACIÓÓN MODERNA N MODERNA

El SalEl Salóón de la Alimentacin de la Alimentacióón Urbana, Colectividades, Catering y n Urbana, Colectividades, Catering y VendingVending..

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Tecnologías de automatización y control de calidad en la elaboración de platos preparados

1. Introducción

2. La automatización de procesos.

3. El control de calidad de los platos preparados.

4. El control de la cadena de frío.

5. Tendencias futuras.

6. Ayudas e incentivos a la innovación

7. Conclusiones

ÍNDICE

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1. Introducción

- Productos alimentarios consumidor:

de calidad, saludables y seguros.

- Grandes industrias productoras de alimentos procesados:

automatizan producción, control y envasado

aplican técnicas rápidas de control de calidad

- Industria de platos preparados para un consumo rápido / catering: pocas innovaciones tecnológicas.

- Revisión de principales tecnologías de automatización y control de calidad que sean de aplicación.

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Algunos datos:

- Entre 1987 y 2005 el volumen del consumo total de alimentos en España creció un 12,8%, mientras que el consumo de platos preparados lo hizo en casi un 350%.

- El lugar de consumo preferido de los platos preparados es el hogar (92% en gasto en 2005), seguido de las instituciones (4,5%) y de la hostelería y la restauración (3,5%).

- Los platos suelen estar constituidos por varios productos alimenticios, cada uno con sus ingredientes y aditivos (dificultad de interpretación de la etiqueta y la trazabilidad)

- El mercado de platos preparados consumidos en hogar es en supermercado (51%), hipermercado (21%), tienda tradicional (13,6%) y venta domicilio (7,3%) según datos del MAPA en 2005.

- La cuota de mercado de platos preparados en hostelería es 69,2% comprado al distribuidor, 11,1% en el hipermercado y 9,1 al mayorista.

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PROCESO

2. Automatización de procesos

Producción de alimentos: a partir de unas materias primas (ingredientes), se elabora (cocina) el producto final (alimento procesado), se envasa y se distribuye.

La producción se divide en pequeños procesos, muchos de ellos repetitivos: mezcla, cocción, dosificado, envasado.

Ingredientes Plato

Receta

ENVASADOProductoDISTRIBUCIÓN

DOSIFICADO

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El cocinero prepara y añade los ingredientes. Después supervisa la cocción mediante la vista, el olfato y el gusto. Con esos datos va tomando decisiones que sus manos ejecutan hasta obtener el plato final. Luego se dosifica, se envasa y se distribuye.

¿Está bien hecho?

¿Estásalado?

¿Aguantará?

¿Llegaráa tiempo?

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¿Qué es automatizar un proceso?

PROCESO

sensores actuadores

control

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sensorescontrolador

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PROCESO

sensores actuadores

control

Elementos que intervienen en el control de procesos:

• Sensores: miden las variables del proceso y permiten supervisar el proceso/producto; transforma magnitud física o química en señal electrónica

• Controlador: comprueba si la variable medida sigue el comportamiento esperado/aprendido y si no lo hace actúa tratando de que la variable vuelva al valor esperado; realimentación entrada/salida

• Actuador: acciones sobre el proceso para vuelva al comportamiento esperado; provoca cambios en temperatura, presión, caudal, velocidad, dosis, etc.

SENSOR CONTROLADOR ACTUADOR

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Técnicas de control de procesos:

• Todo/Nada

• Control PID

• Control Adaptativo

• Lógica Difusa (Fuzzy Logic)

• Redes Neuronales

• Análisis Multivariante

1 variable

n variables

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Def. Automatización Industrial: uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales ayudando/sustituyendo a operadores humanos. Conlleva:

- uso de sistemas de control

- redes industriales

- gestión de máquinas y procesos (sin necesidad de intervención humana)

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Objetivos de la automatización:

• Aumentar la productividad

• Incrementar la calidad de los productos

• Optimizar los recursos

– Reemplazar la intervención humana en tareas repetitivas, peligrosas

– Capacidad de operar en continuo sin paradas/descansos

• Facilitar la supervisión de procesos complejos

• Ayudar en la toma de decisiones

• Reducir gastos de producción

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¿Qué se puede automatizar?

- Gestión de materias primas (almacén inteligente, identificación, codificación automática, control de stock)

- Alimentación del proceso (despaletizado, dosificado)

- Procesos de producción (lavado, desinfección, triturado, mezcla, cocción, horneado, etc.)

- Procesos de envasado (llenado, envasado, sellado, etiquetado, codificación, etc.).

- Distribución (identificación, control cadena frío, idoneidad antes del consumo)

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Robotización

- Manipulador multifuncional reprogramable diseñado para mover cargas mediante movimientos programados para la ejecución de tareas (Shlussel Shlussel, 1985).

- Sistema formado por:

• Brazos articulados terminados en muñeca con terminación de agarre

• Unidad de control

• Sensores de objeto

• Sensores de contorno

- Función: realizar tareas de manera cíclica,pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su hardware.

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Ventajas de los robots industriales:

- Aumentan la producción porque facilita tareas de gestión de cargas en movimiento repetitivas a alta velocidad

- Disminuyen los tiempos muertos

- Permiten la realización de diferentes tareas (flexibilidad) cambiando el programa

- Elevan la calidad de los productos (reproducibilidad)

- Disminuyen la mano de obra directa

- Pueden realizar tareas que son penosas para el ser humano:

• Por ser realizadas en ambientes insalubres

• Por ser duras, incómodas o altamente peligrosas

• Por ser monótonas

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Evolución del Parque de robots en el sector agroalimentario (Fuente:

AER-ATP)

0

100

200

300

400

500

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Nº unidades vendidas. (Parque Total. 29.029-1.758)

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3. El control de la calidad en platos preparados

- El control de calidad: manual automático

- Tecnologías de inspección y medida de la calidad y la seguridad de los alimentos.

- Sensores avanzados: toma de decisiones en base a parámetros físicos o químicos (composición, el aspecto, la presencia de defectos, etc.)

- Aplicación en:

• control de proceso (control Tª refrigeración o congelación, tratamiento térmico)

• control de producto (tamaño, defectos, materias extrañas…)

• control de envasado (cierre, atmósfera modificada, defectos…)

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Técnicas convencionales

- Variables físicas:

• Tª, H%, color, nivel, presión, posición, etc.

- Variables químicas:

• pH, º Brix

- Empleadas como indicadores de proceso

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Espectroscopía de infrarrojos

Estudia la interacción entre la luz infrarroja y la materia. La materia absorbe la luz en diferentes longitudes de onda según su composición.

Analizando las longitudes de onda y la intensidad de las absorciones es posible determinar propiedades químicas de en un producto sin necesidad de destruir la muestra.

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En alimentos procesados se aplica para realizar determinaciones rápidas de composición centesimal (humedad, proteína y grasa) pero también para medir azúcares, acidez, alcohol, pH, acidez, etc.

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Ultrasonidos

Los ultrasonidos son una onda acústica cuya frecuencia estápor encima del límite perceptible por el oído humano (20 KHz) y que se propaga a través de medios continuos y sin aire.

Se emplean para caracterización interna de materiales y en ensayos no destructivos para detectar defectos internos, materias extrañas o problemas de cierre.

Emisor/Receptor

Onda reflejada

Onda original

Distancia r

Objeto

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Microondas

Los sensores de microondas consisten en una sonda que hace de emisora y receptora de señales de alta frecuencia de pequeña señal. En función de las propiedades dieléctricas del material inspeccionado, cambia la señal y es posible obtener información sobre el producto.

Esta tecnología se emplea para:

• Detección de niveles

• Medida de la humedad

• Medida de composición

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Visión artificial

La visión artificial trata de simular el proceso del sentido de la visión de los seres vivos, según el cual un objeto es captado mediante los receptores de la retina y es transformado en impulsos nerviosos que son procesados por el cerebro.

ADQUISICIÓN DE LA IMAGEN

PROCESAMIENTO Y RECONOCIMIENTO

RESULTADO: IMAGEN DE

MANZANA ROJA

La Visión Artificial consiste en la adquisición de imágenes en 2D para representar la realidad cambiante en 3D. La Visión Artificial contempla, además de la adquisición de la imágenes, las posteriores etapas de procesado, clasificación, reconocimiento y toma de decisiones final.

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Un sistema de visión artificial consta de sistema de iluminación, cámara de captura de imágenes, tarjeta de adquisición, procesador y software de tratamiento y análisis.

La V.A. tiene su principal aplicación en:

• Control del producto/envase automatizando la inspección de calidad.

• Control y supervisión de procesos productivos.

• Guiado de robots para manipulación.

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Visión espectral

La visión espectral es una técnica que combina la visión artificial y la espectroscopia del infrarrojo. Una óptica enfoca el objeto a medir y lo proyecta sobre una rendija que restringe la imagen a una sola línea. A continuación, una óptica espectrográfica difracta esa línea sobre el sensor matricial, que capta esa línea descompuesta en diferentes longitudes de onda del espectro. Por tanto se obtiene para cada instante de tiempo una imagen en la que un eje es espacial (la línea captada) y otro es espectral (luz difractada por la óptica espectrográfica).

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• Detección de materias extrañas por diferencia de composición

• Medida de parámetros químicos en continuo relacionados con la calidad

• Detección de defectos no apreciables al ojo humano

• Aplicable a numerosos sectores

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4. El control de la cadena de frío

El control de la cadena de frío permite garantizar que el producto llega al consumidor en condiciones óptimas tanto sensoriales como microbiológicas.

Es importante para productos de III gama (congelados), IV gama (productos frescos procesados refrigerados) y V gama (platos precocinados y refrigerados).

RFID (Radio Frequency IDentification): sistema de almacenamiento y recuperación de datos remoto que usa etiquetas, transpondedores o tags RFID.

Objetivo: transmitir la identidad de un objeto (nº de serie único) mediante ondas de radio.

RFID pertenece a las tecnologías de identificación automática.

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Etiqueta activa RFID: dispositivos pequeños que pueden ser adherido o incorporado a un producto. Contiene sensor, circuito electrónico y antena. Se comunica los transmisores.

Los transmisores se comunican por medio del middleware con los sistemas de gestión de la producción.

SENSOR

LECTOR

ANTENA

TAG

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CARACTERISTICAS- Frecuencia: 13,56 Mhz- Distancia de lectura: 10 cm- Memoria: 64.000 registros- Precisión: +/- 0.2 ºC- Rango Tª: -40ºC a +150ºC- Tiempo de vida: 12 meses- Conexión: USB, Wifi

APLICACIONES - Trazabilidad cadena de frío. - Trazabilidad de productos. - Control industrial e inventario.- Control temperaturas almacenamiento y distribución. - Generación de mapas de temperatura.

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wwwPROVEEDOR 1

PROVEEDOR 2

PROVEEDOR 3FABRICANTE

DISTRIBUIDORCONSUMIDORES

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6. Tendencias Futuras

Control de calidad:

• Inspección del 100% de la producción.

• Control de calidad y de la seguridad alimentaria.

Automatización de procesos:

• Automatizar las etapas repetitivas para aumentar producción y reducir costes.

• Trazabilidad integrada gracias a la captura automática de datos.

Manipulación y envasado:

• Empleo de robots de bajo coste para realizar tareas de manipulación.

Consumidor final:

• Consumidor pasivo Consumido activo

• Transparencia en la trazabilidad

• Información sobre composición (grasas trans, alérgenos…)

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Empleo de etiquetas termosensibles:

Las etiquetas termosensibles, también

conocidas como etiquetas de tiempo y

temperatura, permiten supervisar la correcta

manutención de los alimentos, son de fácil

colocación, simplemente se adhieren

directamente sobre el pack de los productos

refrigerados o congelados para un claro

monitoreo de la vida útil del producto.

Las etiquetas inteligentes de tiempo y

temperatura son especialmente útiles en

alimentos de corta duración y alto riesgo de

crecimiento de bacterias como el pescado

fresco, la carne, aves y productos de catering

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Grado de frescura según Tª

Etiqueta sensible al O2 para envases

con atmósfera modificada

Indicadores de H% para verduras frescas

Etiquetas inteligentes:

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Manipulado y envasado de productos elaborados de formas y tamaños variables

mediante robots ultrarrápidos de 3 ejes con mejora de las condiciones

higiénicas y ahorro de personal.

Robotización:

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Manipulación de pizzas de diferente tipo, tamaño y

forma para separarlas en diferentes líneas de

envasado mediante 2 robots asistidos por visión (80

pizzas por minuto)

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Control de etiquetado y envasado

mediante Visión Artificial

Inspección:

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Control sellado:

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Mediante modelos matemáticos y a partir de la lectura de una variable

como la Tª es posible ajustar la fecha de consumo preferente de un

producto en función de sus características y de las condiciones de

contorno.

Predicción vida útil:

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Aplicación TICs:

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7. Ayudas e incentivos a la innovación

En consorcio

Individual

Proyectos PID - CDTI

Proyectos europeos

Incentivos fiscales a la I+D+i

Fondos Tecnológicos – CDTI

Proyectos INNPACTO - MICINN

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8. Conclusiones

• La automatización y la robotización son una herramienta clave para aumentar

productividad y reducir costes.

• El consumidor pide cada vez más información.

• La calidad y la seguridad se dan por hechas. Además, saludable.

• Los costes de las tecnologías han descendido mucho a la par que han

aumentado sus prestaciones.

• Las técnicas de inspección permiten objetivar el control de calidad y

producción y automatizar procesos.

• Las TIC han abierto nuevas posibilidades: todo está interconectado en la

cadena alimentaria.

• La innovación es el camino para la diferenciación, para la ventaja competitiva

y, además, es posible obtener ayudas e incentivos fiscales.

¡Gracias por su atención!

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