La tecnología de pesaje digital en la industria alimentaria

Las células de carga con tecnología de galgas extensométricas son más resistentes, más duraderas y más baratas que las células de carga basadas en la compensación de fuerzas electromagnéticas (EFC). Ofrecen una mayor productividad en prácticamente cualquier aplicación de la industria alimentaria.

Gracias a la digitalización de los procesos de producción, el internet industrial de las cosas ofrece mejoras de eficiencia y productividad a las industrias alimentaria y de envasado. En concreto, el mayor potencial de la tecnología de pesaje digital radica en su capacidad para determinar cantidades de llenado de forma mucho más rápida y precisa. Y eso puede generar grandes ahorros —de varios millones de euros al año en algunos casos— como ya ha demostrado el ejemplo de un fabricante de leche de coco de Shanghái. Además, la tecnología de pesaje analógico ya existente puede digitalizarse de manera fácil y fiable, empleando electrónica de transductores e integrándola en una plataforma común.

Las empresas de los sectores de alimentación y envases deben cumplir las disposiciones de la Directiva 76/211/CEE sobre productos preenvasados. Por ejemplo, el reglamento alemán sobre envasado (§ 22 FPackV) plantea requisitos muy claros en este sentido: en promedio, la cantidad no debe ser inferior a la capacidad nominal del envase. En términos prácticos, eso significa que el productor siempre tiene libertad para llenar "de más", pero es esencial que no ponga menos que la cantidad indicada. Por ejemplo, si unas tabletas de chocolate tienen que pesar 100 g, solo es admisible que el 2% de ellas pesen menos de 95,5 g, y ninguna puede pesar menos de 91 g. Como consecuencia de esta estricta reglamentación, muchos fabricantes de alimentos trabajan con tolerancias de sobrellenado... que les salen caras. Estas tolerancias pueden suponer costes adicionales importantes, en especial con productos de alto valor como aceite de oliva, helado o cosméticos. Por otro lado, los productos con un peso insuficiente se rechazan, lo cual genera a su vez más gastos y procesos adicionales, con sus costes asociados. Todas estas ineficiencias pueden evitarse con una tecnología de pesaje más precisa y fiable, que puede intervenir entre las fases de llenado y dosificación y las básculas de control que se encuentran al final de la línea de producción.

El internet industrial de las cosas (IIOT) pide tecnología de pesaje digital

El IOTT ofrece un considerable potencial para industrias como la alimentaria y la de envasado. Sobre todo porque la tecnología de pesaje digital puede darle un buen empujón a la eficiencia y la productividad. El argumento es muy sencillo: cuanto más precisa sea la tecnología de pesaje, mayor puede ser la productividad de los procesos de llenado y menores las tolerancias de sobrellenado. La célula de carga es el componente crucial de la maquinaria de envasado del futuro. Se puede decir que es el corazón de los procesos dinámicos de pesaje y envasado.

Hasta ahora, los fabricantes de básculas de control han empleado células de carga basadas en el principio de compensación de fuerzas electromagnéticas (EFC). Esta tecnología había superado previamente en precisión a otras células de carga, como las basadas en galgas extensométricas. A cambio, eran más caras, más proclives a dar problemas y muy complejas de poner en servicio. Por todo ello, HBM siguió desarrollando sus células de carga de galgas extensométricas como, por ejemplo, la FIT7A. Esta célula de carga de nuevo desarrollo garantiza precisión y alta velocidad de procesamiento de datos de medida. También tiene un funcionamiento más sencillo y un coste sensiblemente menor que el de las células de carga EFC.

La célula de carga FIT7A se ha optimizado para su uso en básculas de control. Tiene una frecuencia de resonancia natural muy alta, lo que significa que su tiempo de estabilización es muy corto. Su tiempo de rodaje después del encendido es despreciable y, en combinación con un convertidor analógico-digital de 24 bits y una frecuencia portadora, proporciona lecturas con poco ruido y alta resolución. También dispone de filtros integrados y de algoritmos para determinar valores dinámicos; en pocas palabras, tiene todo lo que hace falta para el pesaje dinámico, sin necesidad de un PLC ni de electrónica de pesaje adicional. Así, una báscula de control equipada con la célula de carga FIT7A presenta una desviación estándar de tan solo 0,1 g por cada 10 kg de peso nominal. Dependiendo del diseño de la báscula de control y del peso nominal, es posible alcanzar entre 100 y 400 mediciones por minuto.

Células de carga higiénicas con alto nivel de protección, compatibles con procesos intensos de limpieza.

Ventajas de las células de carga digitales con respecto a las células EFC:

  • Mayor rendimiento y reducción del sobrellenado en aplicaciones de alta precisión, en las que las células de carga EFC resultan muy caras.
  • Filtros internos y entradas/salidas que hacen innecesario el empleo de un PLC adicional.
  • Diseño robusto, con menos averías.
  • Sustitución más rápida y sencilla.
  • Protección frente a sobrecargas integrada: evita que la célula de carga sufra daños debido a las fuerzas físicas.
  • Más higiénica, gracias a sus superficies de acero inoxidable sin ángulos.
  • Compensación activa de la temperatura: menos deriva asociada a la temperatura y comportamiento de rodaje insignificante después del encendido

Ventajas del principio de llenado por gravimetría

Las células de carga digitales permiten a los productores de alimentos explotar el principio de llenado por gravimetría, que ofrece resultados de llenado considerablemente más precisos que las estrategias volumétricas (mediciones de caudal) o de altura de llenado. El llenado gravimétrico resulta superior sobre todo cuando es esencial una alta precisión o en productos sensibles a influencias microbiológicas. Eso se debe a que el resultado de llenado no se ve afectado por las tolerancias en el volumen del envase o la variabilidad en las propiedades físicas del producto (proporción de partículas, viscosidad, conductividad, cantidad de burbujas de gas, etc.). Y como el sensor no entra en contacto directo con el alimento o producto, el llenado controlado por peso ofrece además unas condiciones higiénicas óptimas y reduce las partículas extrañas.

Una plataforma digital para todas las células de carga

HBM ha desarrollado el software PanelX como una plataforma digital capaz de integrar células de carga tanto digitales como analógicas en máquinas y procesos, utilizando el principio de llenado por gravimetría, de una forma óptima y de fácil manejo. Con PanelX, los usuarios pueden poner rápidamente en servicio sistemas de pesaje tales como básculas de control, sistemas de dosificación o básculas multicabezal. Es posible configurar de forma sencilla una gran variedad de células de carga basadas en galgas extensométricas con secuencias uniformes de comandos, cosa que reduce enormemente el esfuerzo, el coste y la posibilidad de error. Por otra parte, el uso de PanelX y las E/S digitales de las células de carga y la electrónica de pesaje eliminan la necesidad de un PLC adicional. No obstante, si de todos modo se utiliza una unidad de control, los juegos de comandos de PanelX se pueden transferir al PLC.

Esta plataforma digital ofrece otras ventajas, como la visualización de mediciones y señales de control, o sus amplias funciones de análisis (por ejemplo, de análisis de frecuencia). Las funciones de análisis son útiles para el mantenimiento y las reparaciones; incluso ayudan a localizar errores cuando se producen fallos que no se deben a la célula de carga en sí, pero que resultan visibles en la medición. El software también integra, a través de un navegador web, una ayuda en línea exhaustiva de las funciones, interfaces y secuencias de comandos. La interfaz de usuario de PanelX tiene un funcionamiento intuitivo que ahorra tiempo y dinero. Al mismo tiempo, el software permite explotar todo el potencial de optimización de las aplicaciones de tecnología de pesaje, expandiendo sus prestaciones globales.

PanelX: un software uniforme para todas las células de carga digitales y electrónica de pesaje. Permite configurar máquinas de llenado, sistemas de dosificación y básculas de control.

Digitalización de células de carga analógicas

PW27 de HBM: una célula de carga con el máximo nivel de higiene
Con PAD y la integración en la plataforma PanelX, las células de carga analógicas pueden beneficiarse de todas las ventajas de la digitalización

PanelX permite configurar y monitorizar un gran número de células de carga. En concreto, permite configurar y monitorizar células de carga analógicas y digitales basadas en galgas extensométricas para prácticamente cualquier aplicación. Y eso incluye, por supuesto, la célula analógica PW27, que está certificada por el European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG). Esta célula está especialmente diseñada para los sistemas de pesaje de las industrias de bebidas, alimentación, farmacéutica y bioindustrias. Está sellada herméticamente (IP68/IP69K) y se fabrica en acero inoxidable apto para uso alimentario. Es compatible con los métodos de limpieza que se emplean en la industria alimentaria y su diseño impide que se depositen restos de detergentes en el cuerpo de medición.

HBM ha desarrollado también la electrónica de transductores digital PAD, con el fin de extender a las células de carga analógicas las ventajas de la digitalización. Esta electrónica tiene una funcionalidad casi idéntica a la de las células de carga digitales FIT5A y FIT7A, y puede conectarse a todas las células analógicas. Por ejemplo, la célula de carga higiénica PW25 o la célula herméticamente sellada PW29 para aplicaciones pesadas pueden digitalizarse con la electrónica PAD, y después configurarse con PanelX. La PAD dispone de una carcasa compacta de acero inoxidable que la protege frente a los líquidos y las condiciones ambientales adversas, hasta un grado de protección IP68/IP69K. Con una resolución de las lecturas de hasta 5.120.000 dígitos para 2 mV/V y acondicionamiento completo de la señal de medición con filtros seleccionables o automáticos, la precisión está garantizada incluso en presencia de vibraciones intensas. Esta electrónica de transductores se puede integrar fácilmente en distintos entornos de sistema mediante el uso de interfaces RS485 y CANOpen.

Con PAD y la integración en la plataforma PanelX, las células de carga analógicas pueden beneficiarse de todas las ventajas de la digitalización Con estos equipos, es posible visualizar y analizar aplicaciones dinámicas de llenado y dosificación en entornos difíciles; y, si es necesario, efectuar ajustes de forma inmediata durante el proceso. La electrónica PAD es la forma de conectar células de carga y transductores de fuerza analógicos al internet industrial de las cosas.

Aplicaciones prácticas de la tecnología de pesaje digital

Los dos ejemplos siguientes de aplicaciones en la industria alimentaria —uno en Francia y otro en China— demuestran que la tecnología de pesaje digital funciona de manera eficiente y productiva, y que ofrece un ahorro de costes considerable.

Best Crown, un fabricante chino de maquinaria, equipó con la célula de carga digital FIT5A una embotelladora rotativa de leche de coco para su cliente Shanghai Dairy Milk. El proceso de llenado gravimétrico ofrecía una precisión notablemente mayor, que permitió reducir la tolerancia de sobrellenado en unos pocos gramos por botella. Teniendo en cuenta que Shanghai Dairy Milk tiene un volumen de producción de unas 100.000 botellas al día, el ahorro resultante es de varios millones de euros al año.

El especialista francés en dosificación MCPI y Jean Marc Dumont, un experto en maquinaria para aplicaciones alimentarias, fundaron la empresa Fine-Spect con el objetivo de desarrollar balanzas de control particularmente potentes. Las básculas de esta marca incorporan células de carga de galgas extensométricas FIT7A, y cumplen todos los requisitos especiales de la industria alimentaria; por ejemplo, no tienen ningún problema en quedar totalmente cubiertas de espuma y se pueden limpiar con un chorro de agua a presión. Con un grado de protección IP66 y conectores estancos e higiénicos, la célula de carga FIT7A tiene unas condiciones de partida óptimas para todo lo que se le pueda pedir.

Tecnología de pesaje digital: la clave para una mayor productividad

Los sectores de alimentación y envasado pueden beneficiarse enormemente del internet industrial de las cosas y de la digitalización de la tecnología de pesaje, como ya ha quedado demostrado en distintas aplicaciones prácticas. Las células de carga con tecnología de galgas extensométricas ya tienen una precisión comparable a la de las células de carga EFC, pero son más baratas y robustas, más fáciles de instalar y más duraderas.

Una plataforma digital uniforme y de manejo intuitivo no solo simplifica la configuración de las células de carga digitales, sino que también permite digitalizar células de carga analógicas por medio de electrónica de transductores (cumpliendo los requisitos de las aplicaciones más sensibles a la higiene).

Todo ello hace posible el uso de la tecnología de pesaje digital en prácticamente cualquier aplicación de la industria alimentaria, dentro de los procesos de llenado o al final de ellos, y reajustar los procesos si es preciso. En comparación con la tecnología EFC, la tecnología de pesaje de galgas extensométricas ofrece mejoras sensibles en la eficiencia y la productividad, con costes considerablemente más bajos.

"Ahorro de tiempo, esfuerzo y dinero"

Thomas Langer

La tecnología de pesaje digital basada en galgas extensométricas es hoy día tan robusta, higiénica y precisa que no solo se ha convertido en una alternativa a las células de carga EFC, sino que las supera de largo en numerosas aplicaciones. Hay una cosa muy clara: la tecnología de pesaje digital con galgas extensométricas ahorra a las empresas tiempo, esfuerzo y dinero.

Director de producto internacional para Tecnología de pesaje y sensores OEM, HBM