Redes de #Sensores inalámbricos aplicadas a seguridad alimentaria: prototipo para control de temperatura

El Análisis de Peligros y Puntos de Control Críticos o APPCC, es una herramienta de gestión utilizada por las empresas del sector alimentario para garantizar la seguridad de los alimentos en todas las fases de la producción y en los procesos de preparación, al identificar los riesgos y establecer las medidas específicas para su control, implicando controles en continuo o de forma puntual de diferentes parámetros, como temperaturas, humedades…

Las Redes de Sensores Inalámbricas (WSN), pueden ser una herramienta a valorar respecto a otras propuestas que ya existen en el mercado en base a: mayor versatilidad, adaptabilidad a las necesidades de los usuarios y facilidad en el tratamiento posterior de la información (gráficas, reports, alarmas…).

A continuación se describen las pautas seguidas para diseñar un prototipo de control de temperatura en cámaras frigoríficas, con una relación calidad/precio aceptable y que cumpla los criterios de calidad para poder ser utilizado en un sistema de gestión APPCC.

Las pautas seguidas para el diseño del prototipo fueron:

  • Identificar y analizar los tipos de sondas de temperatura que hay en el mercado

Las sondas de temperatura de uso industrial más comunes y económicas que existen en el mercado son los termopares y los PT100.

Los termopares, son dos alambres de distinto material unidos en un punto, en donde se genera una diferencia de potencial muy pequeña del orden de milivoltios, que aumenta proporcionalmente con la temperatura, mientras que los PT100, son un tipo particular de sensor termoresistivo (RTD) hecho de platino que a 0ºC tiene una resistencia de 100 ohms y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia eléctrica.

La mayor precisión y estabilidad en la lectura, mejor aplicabilidad a bajas temperaturas (-100 a 200ºC) y la posibilidad de colocar el medidor de lectura a varios metros de distancia de la sonda, sin generar cambios importantes en la medición, hacen que las sondas PT100 sean las sondas elegidas para el diseño del prototipo.

A partir de aquí, la norma internacional IEC 751 específica las tolerancias aceptables, a saber: clase A (±0.15ºC a 0ºC), clase B (±0.3ºC a 0ºC), DIN 1/3 (±0.10ºC a 0ºC) y DIN 1/10 (±0.03ºC a 0ºC), siendo la clase A la que presenta una relación precio/precisión más adaptado al tipo de prototipo buscado.

  • Integrar la sonda dentro del registrador (nodo de comunicación)

Una vez identificada la sonda, el siguiente paso es su integración con el registrador (nodo de comunicación) y la verificación interna de los resultados obtenidos, bien a través de un dispositivo de referencia y/o mediante el datasheet de la sonda.

En nuestro caso, durante las primeras mediciones realizadas a temperatura ambiente, se observaron valores que diferían de los reales, por lo que fue necesario incorporar un factor de corrección para intentar ajustarlos. A pesar de este factor, si la medida se realizaba a rangos de temperaturas diferentes (congelador, agua hirviendo…), existían diferencias importantes en el valor obtenido por el prototipo y el dispositivo de referencia.

Al final el problema radicaba en la precisión con la que se tomaban los datos de la resistencia de la sonda y su conversión a temperatura. Así, la pérdida de decimales en la toma del valor de resistencia de la sonda, originaba diferencias importantes en el valor de la temperatura, por lo que fue necesario incorporar un conversor analógico-digital (ADC) para evitar tales diferencias.

La incorporación de este elemento permitió ajustar los valores a los tomados por la sonda de referencia en diferentes intervalos y supuso la eliminación del factor de corrección previsto inicialmente.

  • Identificar los requerimientos necesarios para que el dispositivo (lazo térmico: sonda + registrador) cumpla con unos criterios de calidad adecuados para poder asegurar la validez de las mediciones

Para validar la fiabilidad del dispositivo como punto de control para el cumplimiento de las normas de seguridad alimentaria, es necesario realizar una certificación de calibración del dispositivo en un laboratorio acreditado.

Existen dos opciones de certificación de la calibraciónacreditación ENAC y trazabilidad a ENAC.

La ENAC, Entidad Nacional de Acreditación, es el organismo español designado por la Administración para establecer y mantener el sistema de acreditación a nivel nacional, de acuerdo a normas internacionales, evaluando la competencia técnica de los organismos de evaluación (Laboratorios, Entidades de Inspección, de Certificación, Verificadores).

La acreditación con marca ENAC, garantiza que el laboratorio emisor del certificado ha pasado las auditorias que exige la Entidad Nacional y garantiza entre otras que los resultados de la certificación, tienen validez internacional.

En cambio la trazabilidad a ENAC, significa que la calibración se ha realizado con patrones de medida calibrados en un Laboratorio Acreditado ENAC, siendo responsabilidad del cliente evaluar la competencia técnica del laboratorio emisor (procesos y controles internos).

La elección de una u otra depende de las exigencias del auditor, y si bien la acreditación por ENAC aporta un valor adicional al certificado, también conlleva un precio mayor.

Al tratarse de una validación interna de los resultados, se optó por realizar una certificación por trazabilidad en tres puntos, siendo en la mayoría de los casos el certificado más utilizado en las calibraciones que se realizan en laboratorio.

A partir de aquí se debían definir los puntos de calibración, si bien en un caso real se ajustarían a unos intervalos de control mucho más acotados, en nuestro caso se eligieron como temperaturas de control 20ºC, 5ºC y -18ºC.

Las temperaturas de control a -18ºC y 5ºC respondieron a criterios de conservación en frío de los alimentos, siendo temperaturas menores o igual a 5ºC, temperaturas de refrigeración; temperaturas menores o iguales a -18ºC temperaturas de supercongelación y entre -18ºC y -12ºC, temperaturas de congelación. 

Prototipo con certificado de calibración

Por último indicar que en el certificado de calibración emitido por el laboratorio acreditado se incluye entre otros las incertidumbres de los patrones utilizados e incertidumbres de calibración, combinada y expandida de las lecturas realizadas, así como una etiqueta adherida al prototipo con un número de identificación que relaciona el dispositivo con el certificado emitido.