El almacenamiento y la fabricación de productos alimenticios como los granos pueden ser extremadamente desafiantes; incluso la más mínima humedad puede generar el crecimiento de mohos, lo que provoca que el grano se deteriore. Esto conduce a pérdidas económicas para los fabricantes para la industria de alimentos comerciales.
Los sensores a base de resonadores de microondas ??ofrecen una solución a este problema al permitirle a los fabricantes obtener una medición precisa del peso, la humedad, o el contenido de agua del grano. Por otra parte, los sensores de microondas también se pueden utilizar para identificar partículas o sustancias extrañas que han entrado en contacto con el grano.
Este artículo explica los beneficios de confiar en las frecuencias de microondas y en los resonadores de RF para medir con precisión la humedad del grano
Medición de la humedad de los granos
En el negocio de fabricación de alimentos, si los granos se exponen a un exceso de humedad, estos pueden desarrollar moho y luego pueden ser desechados. Esto se puede evitar mediante el control de humedad dentro de la instalación de producción utilizando frecuencias de microondas y resonadores de RF.
Los resonadores son un factor de alta calidad (factor Q) que resuenan a frecuencias específicas. Cuando una muestra del grano está dentro de la cavidad, esta afecta la frecuencia central de la cavidad y el factor Q. la permitividad eléctrica del grano y la permeabilidad se determinan mediante el cambio de frecuencia entre la frecuencia de resonancia del resonador descargado (f Res. descargado) y el resonador cargado (f Res. cargado).
El factor Q se calcula basándose en las frecuencias a partir de 3 dB hasta la magnitud de resonancia. La medición del cambio de frecuencia de la resonancia y el factor Q ayuda a determinar dos cualidades físicas correspondientes, como el peso y la humedad. En muchos casos, sólo se requiere una medición física, lo que exige el uso del resonador para medir sólo el cambio en la frecuencia de resonancia o el factor Q.
Un sistema de medición con resonador que utiliza el método de cavidad resonante, incluye un resonador de cavidad, parte de procesamiento de señal, y un software de control a través de un ordenador. Para esta aplicación específica, el resonador debe tener una base de aluminio, un diámetro de aproximadamente 22 cm y una altura de aproximadamente 32 cm (Figura 1).
La parte eléctricamente activa se complementa con dos pestañas en la parte superior y en la parte inferior. Ellas permiten la integración en un sistema de tubo y evita cualquier descarga de la radiación electromagnética. El resonador de aluminio también cuenta con un tubo hecho de PEEK (PolyEtherEtherKetone). El PEEK es un tipo de plástico aprobado para ser utilizado en la tecnología de alimentos; es extremadamente resistente a los productos químicos y ofrece una resistencia al calor de hasta 480 ° F.
Por lo tanto, un tubo de PEEK no se degrada después de ser expuesto al agua o al vapor, además es resistente a la radiación. El plástico PEEK recibió la aprobación de la FDA en 1998 y puede estar en contacto con los alimentos y en los equipos de procesamiento, sin peligro de contaminación o degradación. En un resonador de aluminio con tubo de PEEK el grano sólo se encuentra con el tubo PEEK, asegurando que los materiales no se vean comprometidos. El tubo de plástico del resonador posee un diámetro interior de 62 mm.
Para la medición de las características eléctricas, el resonador incluye dos pequeñas antenas; una se utiliza para el envío de señales de microondas y otra para la recepción. Para analizar los datos de las antenas se necesita tener en cuenta la absorción de las microondas desde la antena transmisora ??hasta la antena receptora; por lo tanto, el resonador está conectado a una unidad de evaluación. Un laptop muestra la medición de transmitencia.
Mediante la aplicación de la transmitencia de microondas sobre la frecuencia, los usuarios pueden determinar un máximo con una frecuencia de 1.050 MHz en una prueba con el resonador vacío. Si el usuario llena el resonador de granos, este máximo se desplaza a frecuencias más bajas; lo que hace posible distinguir entre los diferentes tipos de granos (Figura 2).
Figura 2: Curvas de resonancia para diferentes muestras de grano
Curvas – Figura 2:
- Roja: Avena
- Naranja: Triticale
- Amarilla: Cebada
- Verde: Trigo
Haciendo el mismo ajuste, también es posible distinguir entre muestras del mismo grano con distintos niveles de humedad. La Figura 3 muestra las diferencias entre varias muestras de trigo
Figura 3: Curva de resonancia para el trigo con diversos niveles de humedad
Curvas – Figura 3:
- Amarilla: humedad 14%
- Naranja: humedad 18%
- Azul: humedad 20%
Las curvas son fácilmente reproducibles. El análisis muestra que los cambios en la humedad son detectables en un rango de un décimo por ciento, sin ningún problema. El examen de la curva de resonador no es viable en el campo; por lo tanto, la salida de los sensores se ha limitado a la transmitencia de una frecuencia. En este caso, sólo un valor se corresponde con la humedad del grano, por lo que para demostrar el proceso de medición se realizó un ajuste (Figura 4).
Figura 4: Ajuste de la medición de humedad
La figura 4 muestra un tubo de vidrio acrílico con tres muestras de grano con diferentes niveles de humedad. Las muestras se dividen físicamente por escudos de espuma. La lectura de la medición es la transmitancia en una frecuencia de trabajo, mientras que el tubo de ensayo es empujado a través del resonador. La Figura 5 muestra el resultado de la medición en el tiempo.
Las muestras de grano se pueden distinguir con claridad. La mínima puede surgir si la espuma se encuentra en el área activa del resonador. El sensor (así como otros equipos electrónicos) se puede integrar fácilmente en un sistema de transporte de una secadora de grano. Luego se puede realizar los análisis a través de un ordenador portátil local o una PC en una oficina central a través de una conexión de Internet. Por supuesto, hay que realizar una adaptación a medida a la secadora en cuestión.
Beneficios de la tecnología de resonancia de microondas
Además de ayudar a los fabricantes de alimentos medir con precisión la humedad de los granos, sensores de microondas ofrecen muchos otros beneficios. Uno es la capacidad para medir muestras muy pequeñas (1 mm3) con una exactitud de precisión de alta velocidad (10.000 muestras por segundo). Dado el pequeño tamaño de grano, esto es importante en una línea de producción.
Los resonadores de microondas son también muy sensibles, por lo que permiten detectar pequeñas diferencias en el resonador sin carga mientras que el equipo está en funcionamiento. Esto es fundamental para la medición de la humedad del grano con la máxima exactitud. La repetibilidad de un resonador de microondas es de aproximadamente 0,1 por ciento, lo que indica que la variación en las mediciones tomadas por un único sensor es bastante baja, y que gracias a la repetibilidad se puede realizar una medición precisa.
La técnica de la resonancia de microondas es mucho más segura y más rentable que el uso de sensores nucleares. En la industria alimentaria, la seguridad de los consumidores es de suma importancia y los sensores nucleares contienen material radiactivo, por lo que se les exige a los fabricantes entrenar a sus empleados acerca de los protocolos adecuados para el manejo de materiales radiactivos. Los sensores nucleares también requieren un proceso de eliminación de residuos estricto, el cual está muy regulado por el gobierno.
Conclusión
Los fabricantes de alimentos tienen la responsabilidad de entregar a los consumidores el producto lo más fresco posible. Un sensor de microondas les permite lograr esto al realizar en tiempo real las mediciones el peso, de humedad y el contenido de agua del grano. Los sensores de microondas se pueden integrar fácilmente en cualquier planta de fabricación para aumentar la productividad y los beneficios.
Mientras que este artículo aborda específicamente el uso de la tecnología de resonancia de microondas para granos, los sensores RF basados en la técnica de resonancia de microondas también se pueden utilizar para medir otros materiales alimenticios. También se pueden aplicar en otras industrias, como la del tabaco, la farmacéutica, la automotriz, de reciclaje y la química para medir la humedad, masa y la densidad, así como para identificar las partículas extrañas y medir las propiedades dieléctricas.
Autor: Hinrich Römhild, ingeniero de I+D, sensores y mediciones, WORK Microwave GmbH, Alemania. Contacto: hinrich.roemhild@work-microwave.de Fuente: Grain & Feed Milling Technology
