Control de temperatura para APPC con WSN

A diferencia del resto de artículos, en este nos centraremos en aspectos más técnicos asociados con el diseño de un dispositivo de control de temperatura para cámaras frigoríficas que cumpla los criterios de calidad para poder ser utilizado en un sistema de APPCC (Análisis de Peligros y Puntos de Control Críticos) pero siempre, intentando limitar el uso de tecnicismos a los necesarios para que pueda ser entendido por el público en general.

De entrada, el artículo es una continuación del post anterior, ¿Dónde encontrar nuevas líneas de negocio?, en donde se describe cómo surgió la idea de utilizar las redes de sensores inalámbricas (WSN) en el sector de la seguridad y el control alimentario, y su aplicación en el control de los riesgos específicos que requieren la medición de magnitudes físicas como la temperatura.

Una vez identificada la aplicabilidad, los pasos que seguimos para diseñar el prototipo fueron tres:

  • Identificar y analizar los sensores que había en el mercado con el objeto de decantarnos por aquellos que ofrecieran las mejores prestaciones, con una buena relación calidad/precio.
  • Integrar la sonda dentro del registrador (nodo de comunicación).
  • Identificar los requerimientos necesarios para que el dispositivo (lazo térmico: sonda + registrador) cumpliera con unos criterios de calidad adecuados para poder asegurar la validez de las mediciones realizadas.

Las sondas de temperatura de uso industrial más comunes y económicas que existen en el mercado, son los termopares (termocuplas) 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, existiendo distintos tipos (J, K, T…) en función de los materiales utilizados.

En cambio 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.

Tanto un tipo como otro presentan ventajas/inconvenientes en función de la aplicabilidad, condiciones de medición o precisión buscada.

En nuestro caso nos decantamos por la utilización de una sonda PT100 por: precisión y estabilidad en la lectura, mejor aplicabilidad a bajas temperaturas (-100 a 200ºC) y posibilidad de colocar el medidor de lectura a varios metros de distancia sin errores en la medición.

Una vez seleccionado el sensor, la norma internacional IEC 751 especifica las tolerancias (errores aceptables) de este tipo de sensores, existiendo dos: clase A (±0.15ºC a 0ºC) y clase B (±0.3ºC a 0ºC), con precisiones adicionales denominadas DIN 1/3 (±0.10ºC a 0ºC) y DIN 1/10 (±0.03ºC a 0ºC).

Sensor PT100

A medida que aumenta la precisión de la medida el precio de la sonda aumenta, por lo que al tratarse de un prototipo para cubrir unos rangos de precisión bastante aceptables a un coste razonable, nos decantamos por una sonda PT100 clase A.

Una vez identificada la sonda, el siguiente paso fue su integración con el nodo de comunicación y la verificación de los resultados obtenidos, contrastándolos con un dispositivo de referencia (sensor PT100 portátil) y con el datasheet de la sonda.

En 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 ajustar los valores obtenidos. Si bien parecía que ambos valores se ajustaban, a medida que se realizaban mediciones a diferentes rangos de temperaturas (congelador, agua hirviendo…), existían diferencias considerables, debiendo ser necesario indagar en las causas de tales diferencias.

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 permitía ajustar los valores a los tomados por la sonda de referencia en diferentes intervalos y supuso la eliminación del factor de corrección previsto inicialmente.

Silueta dispositivoPor último para validar la fiabilidad del dispositivo (sonda temperatura+registrador) y la validez de las mediciones realizadas como punto de control para el cumplimiento de las normas de seguridad alimentaria, era necesario realizar una certificación de calibración del dispositivo en un laboratorio acreditado.

En este punto nos encontramos con dos opciones de certificación de calibración: acreditación ENAC y trazabilidad a ENAC.

La acreditación con marca ENAC, Entidad Nacional de Acreditación, 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 por 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 de calibración pudiendo ser para el caso de tres puntos de control, unos 20-30€ más que un certificado por trazabilidad.

Al tratarse de una validación interna de los resultados, nos decantamos por realizar una certificación por trazabilidad en tres puntos a través de la entidad Servilab, 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 este caso se eligieron como temperaturas de control 20ºC, 5ºC y -18ºC.

Por último conviene indicar que en el caso de la conservación en frío de los alimentos, temperaturas menores o igual a 5ºC, son consideradas temperaturas de refrigeración; temperaturas menores o igual a -18ºC son temperaturas de supercongelación y entre -18ºC y -12ºC, son temperaturas de congelación, por lo que la elección de las temperaturas de control a -18ºC y 5ºC respondía a estos criterios.

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