Todo Empaque noviembre-diciembre 2014 by Alfa Editores Técnicos

2 [ CONTENIDO ]

NOVIEMBRE / DICIEMBRE 2014 | VOLUMEN 5, NO. 6 www.alfaeditores.com | buzon@alfa-editores.com.mx

Materiales

8 El uso de indicadores de oxígeno – Elementos de empaque inteligente para el monitoreo de la calidad alimentaria

Tecnología

22 Sustentabilidad… “en su tinta”

Procesos

28 Sistema de gestión de llenado automático para la industria TodoEmpaque | Noviembre - Diciembre 2014

3 [ CONTENIDO ]

EDITOR FUNDADOR

Ing. Alejandro Garduño Torres

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DIRECTORA GENERAL

Lic. Elsa Ramírez Zamorano Cruz CONSEJO EDITORIAL Y ÁRBITROS

Editorial

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Índice de Anunciantes

CON EL RESPALDO DE:

M. C. Abraham Villegas de Gante Dra. Adriana Llorente Bousquets Dra. Consuelo Silvia O. Lobato Calleros Ing. Eduardo Molina Cortina Dr. Francisco Cabrera Chávez Dra. Herlinda Soto Valdez Dr. Humberto Hernández Sánchez Dr. J. Antonio Torres Dr. José Pablo Pérez-Gavilán Escalante Dra. Judith Jiménez Guzmán M. C. Ma. del Carmen Beltrán Orozco Dra. Ma. del Carmen Durán de Bazúa Dra. Ma. del Pilar Cañizares Macías Dr. Marco Antonio Covarrubias Cervantes Dr. Mariano García Garibay Ing. Miguel Ángel Zavala Arellano M. C. Rodolfo Fonseca Larios Dra. Ruth Pedroza Islas Dr. Salvador Vega y León Dr. Santiago Filardo Kerstupp Dra. Silvia Estrada Flores Dr. Valente B. Álvarez DIRECCIÓN TÉCNICA

Q.F.B. Rosa Isela de la Paz G. PRENSA

ORGANISMOS PARTICIPANTES

Lic. Víctor M. Sánchez Pimentel DISEÑO

Lic. María Teresa Bañales Yerena Lic. Lucio Eduardo Romero Munguía VENTAS

Cristina Garduño Torres Edith López Hernández Juan Carlos González Lora ventas@alfa-editores.com.mx

OBJETIVO Y CONTENIDO El objetivo principal de TODOEMPAQUE es difundir la tecnología del empaque y embalaje del ramo alimentario, farmacéutico, cosmético, automotriz, industrial, etc., y servir de medio para que los técnicos, especialistas e investigadores de todas las áreas relacionadas con la industria, expongan sus conocimientos y experiencias. El contenido de la revista se mantiene actualizado gracias a la aportación del conocimiento de muchas personas especializadas en el área, pero además la tecnología que difunde es de aplicación práctica para ayudar a resolver los problemas que se plantean al pequeño y mediano industrial. TODOEMPAQUE se edita bimestralmente y es publicada por ALFA EDITORES TÉCNICOS, S.A. DE C.V., Av. Unidad Modelo No. 34, Col. Unidad Modelo, 09089, México, D.F. Tels./Fax: (55) 55 82 33 42, 78, 96 con 6 líneas. E-mail: buzon@alfa-editores.com.mx, Web: www.alfaeditores.com Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción total o parcial, sin permiso escrito del editor. El contenido de los artículos firmados es responsabilidad del autor. El contenido de los artículos sin firma es responsabilidad de la editorial. La veracidad y legitimidad de los mensajes contenidos en los anuncios publicados en esta revista son responsabilidad de la empresa anunciante. Se aceptan colaboraciones. No se devuelven originales. Se acepta intercambio de publicaciones similares. Certificado de Licitud de Título en trámite • Certificado de Licitud de Contenido en trámite. Reserva No. 04-2009-112013535700-102 expedida por el Instituto Nacional del Derecho de Autor, Registro Postal PP09-1791.

4 [ EDITORIAL ]

Del petróleo a la auto-separación: la evolución de las tintas

urante años, la innovación en tintas para empaque fue relegada a segundo plano luego del desarrollo de maquinaria, nuevos materiales, innovadores formatos de envase (como el flexible, por ejemplo), etiquetado, codificación, etcétera. Pero en los últimos tiempos, ese insumo que se consideraba “económico” ha sido merecedor de investigación y mayores inversiones por parte de los proveedores, y tanto su efectividad ante situaciones específicas de uso o maquila como su costo se han convertido en tópicos que ahora se abordan con mayor cuidado. No sólo la calidad y el precio de las tintas son tema de trabajo para las compañías del sector. Junto con ellos, aspectos de compatibilidad de equipos, modificación de los procesos y cambios en otras materias primas son variables que se ven también alteradas, además de la normatividad. Si se produce una nueva tinta, se requiere la tecnología para hacer de este insumo una innovación totalmente funcional; en los mejores casos, hay un acoplamiento tal que se refleja incluso en una mayor velocidad de las prensas y en el ahorro energético y de consumibles. Las tintas han pasado por varias tendencias, y algunas son contemporáneas. En el año pasado, por ejemplo, la Organización Mundial de la Salud (OMS) advirtió que el 70 por ciento de los medicamentos suministrados en los países subdesarrollados eran falsificados, y que la piratería en general podría representar pérdi-

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das por un billón de pesos para el 2015, ante lo cual los especialistas no sólo han profundizado en la seguridad de los materiales de envasado que emplean o en la dificultad técnica para imitar algún grabado, sino que también velan por nuevas tintas que además de ser el insumo de marcaje cumplan una doble función al ser un observable de autenticidad. Con el objetivo de ofrecer una panorama del desarrollo actual de este imprescindible insumo, dedicamos la presente edición de TodoEmpaque a las tintas, en específico a las tintas sustentables, una creciente tendencia que involucra beneficios no sólo para el medio ambiente, sino también para los fabricantes de productos, dos aspectos que abordamos en un artículo de actualización. Además, publicamos un interesante texto sobre elementos de empaque inteligente para el monitoreo de la calidad alimentaria, además de un artículo que propone un sistema de gestión de llenado para las industrias, el cual es una completa aplicación de automatización. Bienvenid@ a la edición de TodoEmpaque correspondiente a noviembre y diciembre de 2014, revista líder en México y Centroamérica para los especialistas del sector del packaging que les desea un excelente cierre de año.

Lic. Elsa Ramírez-Zamorano Cruz Directora General

{5} ECO-IMPRESIÓN 3D A PARTIR DE BOTELLAS PLÁSTICAS La tecnología de impresión 3D está rompiendo paradigmas en distintas industrias, y la del packaging no es la excepción. Nos referimos a “3D-Reprinter”, un equipo desarrollado por

Novedades Noviembre - Diciembre 2014 | TodoEmpaque

{6} los diseñadores Yangzi Qin, Yingting Wang, Luckas Fischer y Hanying Xie que imprime objetos prediseñados o personalizados mediante la utilización de un software al igual que otras impresoras 3D, pero con el atractivo medioambiental de que emplea como materia prima botellas plásticas.

Este “ecoproyecto” reduce considerablemente los costos de fabricación al usar material reciclado, y su sistema de manejo sencillo lo vuelve una herramienta a considerar tanto para estudios de diseño como para la gran industria.

Novedades

PROFUNDIZAN ESTUDIOS SOBRE ENVASES E INTOLERANCIA ALIMENTARIA Luego de experimentar con ratas, un grupo de investigadores del Instituto Nacional Francés de Investigación Agronómica (INRA, por sus siglas en francés) basados en Toulouse demostró por primera vez que la exposición perinatal a dosis bajas de bisfenol A (BPA) podría aumentar el riesgo de intolerancia alimentaria en la edad adulta. Con ello, se refuerza la decisión del gobierno francés de prohibir el uso de BPA en los envases alimentarios para bebés desde el año pasado, y de hacer lo mismo en todos los empaques para el 2015. Cabe recordar que el BPA es un químico presente en algunos envases de alimentos. Al respecto, en abril del 2013 la Agencia Francesa de Seguridad Alimentaria, Medio Ambiente y Trabajo (ANSES, por sus siglas en francés) publicó un informe sobre el bisfenol A, donde recomendó limitar la exposición a la sustancia y reducir los umbrales tóxicos en que se basa la evaluación de riesgos.

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ENVASES PLÁSTICOS A PARTIR DEL EXCEDENTE DE LA PRODUCCIÓN DE QUESO El Programa LIFE+ de la Unión Europea y el centro tecnológico AINIA de España trabajan en un proyecto denominado WHEYPACK, con el objetivo de fabricar empaques para productos lácteos con el suero de leche derivado de la producción de quesos, un material que destacaría por ser biodegradable y reducir la huella de carbono de los envases plásticos tradicionales, procedentes de recursos no renovables como el petróleo. El material que se busca sintetizar es el polihidroxibutirato (PHB), que se obtendrá tras fermentar microorganismos a partir del suero de leche. Según datos de la industria láctea europea, en aquél continente se producen anualmente 75 millones de toneladas de suero de leche procedentes de los fabricantes de queso; en promedio, de la obtención de una tonelada de queso se pueden recuperar nueve toneladas de suero lácteo.

{7} TARIMAS CON DOBLE VIDA ÚTIL, LIGERAS Y SUSTENTABLES Coca-Cola Femsa informó que con la implementación en sus operaciones logísticas de las tarimas Ultra Pallet, desarrolladas por la compañía PTM, han logrado incrementar de 40 a hasta 100 veces el número de vueltas (trips) que solían conseguirse con soluciones estándar, lo que ha representado ahorros para la embotelladora. De acuerdo con Onofre Costilla Alanís, Gerente de Mercadotecnia y Desarrollo de Nuevos Negocios de Femsa, la Ultra Pallet es una tarima 35 por ciento más ligera que la de plástico convencional, con un alto valor de recuperación al final de su vida útil y fabricada con material reciclable, lo que es un plus medioambiental. La decisión de migrar a Ultra Pallet se debe a que la empresa necesitaba implementar pallets con mayor resistencia a la caída libre y a los desensambles provocados por impactos de montacargas, pues las anteriores se partían en dos partes al no estar fabricadas como una sola pieza integrada.

Novedades

LANZAN COLORES PARA BOTELLAS DE CERVEZA INSPIRADOS EN LAS VARIEDADES DE LA BEBIDA La agencia de publicidad española Txaber lanzó una nueva opción de colores basados en el Pantone para botellas y latas de cerveza artesanal, con el propósito de que las marcas pequeñas de ese nicho del mercado de bebidas puedan competir mediante ideas innovadoras en lo que respecta a imagen del producto. Así, desarrollaron un atractivo color para cada tipo de cerveza. Por ejemplo, a la stout imperial se le asignó un tono oscuro relacionado con la malta tostada o la cebada; mientras que a la pale ale se le idearon tonos más claros que evocan a la malta pálida que se emplea como materia prima. La tipografía fue desarrollada por el español José Gomes, y ha sido nombrada “Hipstelvetica FontFamily”.

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El uso de indicadores de oxígeno – Elementos de empaque inteligente para el monitoreo de la calidad alimentaria Materiales

The use of oxygen indicators – Elements of intelligent packaging for monitoring of food quality [Renata Dobrucka]

RESUMEN

Palabras clave: Empaque inteligente para alimentos; indicadores de oxígeno.

Los productores e investigadores están en busca no sólo de métodos de protección contra el ingreso de oxígeno hacia dentro del empaque, sino también quieren ofrecer a los consumidores garantías de calidad de los alimentos que compran. Por lo tanto, llevan a cabo estudios a gran escala y la implementación del empaque inteligente. El funcionamiento de estos empaques es el uso de los indicadores interactivos más coloridos para evaluar la calidad de los productos empacados. Este artículo describe las tecnologías de

empaque inteligente y presenta la investigación de diferentes tipos de indicadores de oxígeno. Los indicadores para la detección de oxígeno permiten al consumidor tener cierta información sobre la idoneidad del producto para su consumo. Además de esto, son una herramienta simple que permite reducir el costo asociado con las pérdidas por reemplazo, reparación de producto dañado o su desecho. La construcción de un indicador en un empaque está relacionada con el producto específico y el factor que hay que controlar.

[Universidad de Economía de Poznan, Poznan, Polonia.] TodoEmpaque | Noviembre - Diciembre 2014

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Materiales Noviembre - Diciembre 2014 | TodoEmpaque

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ABSTRACT Producers and researchers are looking at not only the methods of protection against ingress of oxygen into the package, but also want to provide consumers with guarantees of quality food they buy. Therefore, large-scale studies are conducted and implementation of intelligent packaging. The operation of these packages is the use of interactive, the most colorful indicators to assess the quality of the packaged product. This article describes intelligent packaging technologies and presents research for different types of oxygen indicators.

Indicators for the detection of oxygen allows the consumer to provide some information on the suitability of the product for consumption. Apart from that, they are a simple tool that allows you to reduce the costs associated with loss replacement, repair damaged products or their disposal. Construction of indicator contained in the package is related to the specific product and factor to be controlled. Key words: Intelligent food packaging; oxygen indicators.

INTRODUCCIÓN El oxígeno es un elemento esencial para todos los organismos vivientes y también juega un papel importante en muchos procesos químicos industriales, incluyendo aquellos en los cuales se requiere su ausencia. Por otro lado, el nivel de oxígeno en el espacio de cabeza del empaque puede incrementarse con el tiempo debido al sellado deficiente, permeación de aire a través del material de empaque y la alteración o daño durante el almacenamiento y/o transporte. Como resultado, los alimentos pueden contaminarse con oxígeno y entrar en estado de descomposición. Mientras que los métodos convencionales de detección de oxígeno requieren instrumentos caros y operadores entrenados, los indicadores visuales de oxígeno son baratos y permiten a los consumidores detectar la presencia de dicho gas en el empaque del alimento a simple vista [Ahvenainen, 2003]. Por lo tanto, no es sorprendente que la eliminación de oxígeno en la industria del empaque de alimentos sea de inmensa importancia. Los productores e investigadores están en busca no sólo de

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métodos para la protección contra el ingreso del gas hacia el empaque, sino también quieren ofrecerle a los consumidores garantías de calidad en los alimentos que ellos compran. Normalmente se lleva a cabo una predicción de la vida de anaquel con base en procedimientos estándares de control de calidad, con el fin de maximizar la calidad y seguridad de los productos alimenticios. La sustitución de dichas determinaciones de calidad que requieren mucho tiempo y son caras, con alternativas rápidas, confiables y de bajo costo, ha dado lugar a grandes esfuerzos para identificar y medir indicadores químicos o físicos de calidad alimentaria. La posibilidad de desarrollar un sensor para la cuantificación rápida de dicho indicador es conocida como el enfoque de marcador [Kress-Rogers, 2001]. La determinación de un indicador de gases del espacio de cabeza, proporciona un medio por el cual la calidad de un producto y la integridad del empaque que lo contiene,

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pueden establecerse rápidamente y a bajo costo. Una forma de hacerlo es mediante la producción de un empaque inteligente incorporando la tecnología de sensor de gas [Kerry et. al., 2006]. Por lo tanto, se realizaron estudios a gran escala y una implementación de empaque inteligente. Como resultado, el mercado global del empaque inteligente, representó $1.4 mil millones en 2008, incrementándose a $2.3 mil millones en 2013 [Restuccia et. al., 2010]. El funcionamiento de estos empaques es el uso de los indicadores interactivos más coloridos para evaluar la calidad del producto empacado. Los sensores de oxígeno son utilizados en el empaquetado inteligente para alimentos, éstos monitorean la condición del alimento empacado para dar información sobre su calidad durante el transporte y almacenamiento [Ahvenainen 2003]. El uso de sensores está relacionado a las especificaciones del producto y al factor que hay que inspeccionar. Los sensores para la detección de oxígeno permiten que el consumidor tenga cierta información sobre la idoneidad del producto para su consumo. Asimismo, un indicador ideal de oxígeno debe cumplir varias condiciones: caracterizarse por su facilidad de uso y lectura, rapidez, precio atractivo, alta sensibilidad y confiabilidad. Además, el

indicador debe ser de muy bajo costo, y no añadir un costo significativo al costo general de empaque. No debe ser tóxico y ser de naturaleza insoluble en agua. Adicionalmente, los componentes del sensor deben estar aprobados para su uso en materiales que están en contacto con los alimentos [Puligundla et. al., 2012]. La construcción de un indicador en el empaque debe estar relacionada con el producto específico y el factor que hay que controlar. Las potenciales ventajas de los indicadores de oxígeno para alimentos son muy variadas. Además de los aspectos de calidad, seguridad y distribución, el empaque inteligente ofrece un considerable potencial como herramienta de mercado y para el establecimiento de una diferenciación de marca para los productos. Como resultado, el empaquetado inteligente con indicadores de oxígeno puede proporcionar soluciones efectivas para los actuales problemas de los

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productores y consumidores. Asimismo, parece probable que los sistemas de empaque inteligente para alimentos serán comercialmente más viables y comunes en los próximos años [Kerry et. al., 2006].

INDICADORES COMO ELEMENTOS DE EMPAQUE INTELIGENTE El empaquetado inteligente (también descrito más libremente como smart packaging) son empaques que de alguna manera detectan algunas propiedades de los alimentos envasados o del entorno en el que se mantienen y son capaces de informar al productor, vendedor y consumidor el estado de esas propiedades. Aunque es claramente diferente del concepto de envase activo, las características del empaque inteligente pueden utilizarse para comprobar la efectividad e integridad de los sistemas de empacado activo [Hutton 2003]. Los dispositivos de empaque inteligente son capaces de detectar y proporcionar información acerca de la función y propiedades de los alimentos envasados y pueden ofrecer garantías de integridad del empaque, evidencia de manipulaciones, se-

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guridad y calidad del producto, y está siendo utilizado en aplicaciones tales como la autenticidad, antirrobo y trazabilidad del producto [Summers 1992, Day 2001]. El empaque inteligente también hace posible monitorear parámetros específicos en el medio del producto empaquetado [Bilska 2011]. Los dispositivos de empaque inteligente incluyen sensores, indicadores de temperatura-tiempo, tintes de detección de gases, indicadores de crecimiento microbiano, indicadores de impacto físico y numerosos ejemplos de prueba de manipulación y tecnologías anti-falsificación y anti-robo. Se puede obtener más información sobre el empaquetado inteligente en otras fuentes literarias [Summers 1992; Day, 1989, 2001]. Además, los sistemas de empaque inteligente junto con etiquetas incorporadas dentro o impresas sobre el material de empaque de los alimentos, ofrecen mejores posibilidades de monitorear la calidad del producto, trazar los puntos críticos y dan información más detallada en toda la cadena de suministro [Rodrigues & Han, 2003]. Se están desarrollando etiquetas inteligentes, como el etiquetado electrónico, diseñadas con tecnología de tinta en un circuito impreso

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y etiquetas de identificación por radiofrecuencia con batería incluida, todo colocado fuera del empaque primario, con el fin de incrementar la eficiencia del flujo de información y ofrecer funciones comunicativas innovadoras. Los indicadores de diagnóstico fueron los primeros diseñados para proporcionar información sobre las condiciones de almacenamiento de los alimentos, como la temperatura, tiempo, contenido de oxígeno y dióxido de carbono, y por lo tanto, indirectamente, información de la calidad del alimento, como un interesante complemento de las fechas finales de uso [Dainelli et. al., 2008]. Los indicadores son llamados smart o interactivos debido a que interactúan con compuestos en los alimentos. Los potenciadores de calentamiento por microondas, como los susceptores y otros métodos de regulación de temperatura, algunas veces también son considerados como métodos inteligentes.

INDICADORES DE OXÍGENO – REVISIÓN Los primeros reportes en cuanto a indicadores de presencia de oxígeno, se emitieron en los años 70s. La estructura de un indicador en un envase está relacionada con las características del producto y el factor que debe monitorearse. Los indicadores que cambian de color son usados con más frecuencia. El cambio de color está relacionado con la actividad del factor seleccionado y permite evaluar la calidad del producto empacado. El indicador debe ser fácil de usar y leer, debe ser barato, trabajar rápido y ser altamente sensible. La mayoría de los indicadores se basan en el cambio de color como resultado de una reacción química o enzimática. Estos indicadores deben entrar en contacto con el ambiente gaseoso dentro del empaque y,

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por lo tanto, están en contacto directo con el alimento [De Jong et. al., 2005]. Asimismo, en la siguiente sección se presentan ejemplos de los diferentes tipos de indicadores de oxígeno y sus características. Lee et. al. [2008] desarrollaron una nueva gama de indicadores colorimétricos de oxígeno, que son irreversibles, reutilizables y activados por luz UV. Tales indicadores de oxígeno “tinta inteligente” contienen un semiconductor que absorbe en UV, como el TiO2, un indicador redox, como el azul de metileno, un donador de electrones de sacrificio, como la trietanolamina, y un polímero encapsulante como la hidroxietil celulosa; los ingredientes se mezclan utilizando agua como solvente, para formar un tinte. Este tinte puede cubrir o imprimirse subsecuentemente sobre una variedad de sustratos para producir una película azul indicadora de oxígeno, la cual cuando es activada por luz UV, se vuelve incolora. La película activa, es decir, fotoblanqueada-UV, permanece incolora a menos, o hasta que, se expone al oxígeno, en el punto en que el azul de metileno reducido, es reoxidado de nuevo a su forma azul original. Los electrones generados en esta reacción son las partículas del semiconductor SC [e-], y los electrones reducen el tinte a la forma incolora del Dox Dred. La forma reducida del tinte regresa rápidamente a su color original en presencia de oxígeno. Este ciclo se puede repetir induciendo el índice de UV [Mills, 2005]. Algunos indicadores colorimétricos de oxígeno comerciales ya existen, por ejemplo el Ageless Eye producido por la Mitsubishi Gas Chemical Company, pero esos indicadores pueden sufrir de los altos costos de venta al por menor y algunas ambigüedades como indicadores de integridad de empaque, debido a su naturaleza reversible. Esa pla-

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ca indicadora cambia de azul a rosa dentro de 2-3 horas después de que el O2 alcanza una concentración de cero a 25 °C y vuelve a azul nuevamente en aproximadamente cinco minutos de que entra en contacto con O2. En 2009, Mills y Hazafy propusieron un indicador de oxígeno UVB-activado basado en ncSnO2 nanocristalino. En lugar de TiO2, ellos usaron SnO2 como fotosensibilizador. Este indicador colorimétrico de oxígeno UV-activado comprende: polímero/SED/redox tinte/fotocatalizador, donde polímero = HEC, donante = glicerol, tinte = AM y fotocatalizador = ncSnO2. Asimismo, el uso de ncSnO2 como fotocatalizador en los tintes sensibles al oxígeno UV-activados, abre muchas posibilidades para la aplicación ya que permite una etapa de activación-UV mucho más controlable. Vu y Won prepararon en [2013] un nuevo indicador de oxígeno UV-activado resistente al agua. Este novedoso indicador de oxígeno UV-activado a base de alginato, no sólo es altamente resistente a la pérdida de color, sino que rápidamente lo recupera. El alginato es un polisacárido lineal aniónico

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que contiene bloques de residuos de [1,4]β-D-manuronato [M] y α-L-guluronato [G] provenientes de algas pardas y especies bacterianas, y ha sido aplicado en varias áreas, incluyendo la biomedicina, alimentos y biocatalizadores, debido a su biocompatibilidad, baja toxicidad, bajo precio y leve gelificación por la adición de iones metálicos divalentes como el Ca2+ [Fernández-Pan, Ignacio, & Caballero, 2011; Kanmani et. al., 2011; Lee & Mooney, 2012; Mongkolkajit, Pullsirisombat, Limtong, & Phisalaphong, 2011; Rehm, 2010; Won, Kim, Kim, Park, & Moon, 2005]. Ellos usaron alginato porque la mayoría de los tintes redox utilizados en los indicadores de oxígeno son cationes, y descubrieron que el alginato puede formar complejos insolubles en agua con un tinte redox. En este indicador, el alginato se utiliza como una cubierta polimérica, por lo que puede unirse a un tinte redox y así prevenir que éste se filtre en el agua. El tinte usado más comúnmente en los indicadores es el azul de metileno, el cual normalmente es blanco en su estado reducido y azul en su estado oxidado. Otros tintes re-

dox utilizados en los indicadores de O2 son el 2,6-dicloroindofenol [Shirozaki, 1990] y N,N,N',N'-tetrametil-p-fenilendiamina [Lenarvor, et. al.,1993]. Un compuesto reductor se añade al indicador de O2 para reducir el tinte y para mantenerlo en su estado reducido durante el proceso de empaque. Los compuestos reductores comunes para los indicadores de O2 son azúcares reductores, pero también se han usado sales inorgánicas así como reducción por irradiación. Un compuesto alcalino es añadido al indicador para mantener el pH alcalino y así prevenir también una rápida reacción de oxidación del tinte [Mattila-Sandholm, 1998; Perlman, 1985]. Compuestos inorgánicos, como el hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de calcio e hidróxido de magnesio, se han usado normalmente para este propósito [Arin 2001; Yoshikawa, 1982]. Krumhar y Karel [1992] presentaron un indicador de reacción de color en dos etapas. En la primera etapa de reacción el material sensible al O2 es oxidado y ocurre la formación de un ácido o peróxido. Estos componentes causarán el cambio de color en el colorante específico incluido en el sistema. Sumitani et. al., [2004], presentaron un indicador de oxígeno a base de un compuesto híbrido orgánico/inorgánico el cual consistía en azul de metileno, un surfactante catiónico y un agente reductor intercalado en saponita. Los investigadores propusieron una mezcla de un tinte de color azul, azul de metileno, un agente reductor en forma de ácido ascórbico o azúcar reductor y un ion cetiltrimetilamonio intercalado en saponita sintética que lo hace incoloro en una atmósfera que contenga una concentración de oxígeno menor a 0.1% v/v, y después regresa a su color azul como resultado de la subsecuente exposición al aire. Además, un indicador de oxígeno, en forma de una cubierta delgada sobre papel, preparado me-

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diante la adición de un pigmento, floxina B, al compuesto híbrido orgánico/inorgánico, presenta un color rosa bajo una concentración de oxígeno menor a 0.1% v/v, y un color azul a concentraciones de oxígeno mayores a 0.5% v/v. Otros investigadores propusieron indicadores de oxígeno formulados a partir de la combinación de electrocromo, dióxido de titanio y EDTA [Roberts et. al., 2001]. Utilizaron electrocromos poliviologeno, los cuales muestran una reducción mucho más rápida después de la exposición a la luz UV. Los viológenos son una familia de compuestos electrocrómicos, los cuales son pálidos en su forma oxidada y

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muy coloridos en su forma reducida [Monk, 1998]. Además los viológenos tienen potenciales redox altamente anódicos. Los poliviológenos conservan las propiedades redox de los compuestos padres viológenos pero son menos susceptibles a la posible migración dentro del empaque del alimento [Factor, 1972; Simon, 1972]. Kaas R.L., en [2010], preparó una formulación de un tinte indicador de oxígeno utilizando azul de metileno que ha sido utilizado para demostrar cualitativamente el nivel de barrera de oxígeno de cuatro lados de una bolsa sellada con varias láminas de barrera, antes y después del proceso de

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retorta. El presente método puede usarse para analizar la barrera del empaque entero y demostrar áreas localizadas de daño en la barrera. Este indicador fue preparado como un medio rápido y eficiente para evaluar el nivel de barrera de los empaques completos. Así mismo, la formulación del indicador de oxígeno fue a base de azul de metileno y glucosa disueltos en agua ajustada a un pH de 11-12 con NaOH. Se añadió agar natural para gelificar el sistema e inmovilizar el indicador. Lawrie et. al., [2012] presentaron un indicador de oxígeno UV-activado en base a una tinta de impresión simple. En este indicador, se hacen partículas coloidales de TiO2 antes de la tinta de impresión, permitiendo formular una tinta sensible al oxígeno UV-activada, a base de agua para una tinta de impresión que es adecuada para operar mediante una impresora de escritorio DOD o PIJ. Este indicador colorimétrico de oxígeno no contiene resina, consiste únicamente en titania mezclada íntimamente con AM y ácido tartárico, a diferencia de cualquiera de las tintas anteriores sensibles al O2, como los tintes en polvo de TiO2/AM/ glicerol/HEC. Por otro lado, más recientemente, se ha logrado que la adición de tintas de TiO2 contribuyan a la funcionalidad fotocatalítica [Arin et. al., 2011; Oh et. al., 2012; Manga et. al., 2010; Bernacka-Wojcik et. al., 2010] además del simple color, con la ventaja de recubrimientos más uniformes que abarcan áreas más grandes, en comparación con las técnicas más tradicionales: “spin-coating”, “dip-coating” y “doctor-blade”. Estas películas delgadas de tinta de impresión de TiO2 implican la impresión de un precursor sol-gel de TiO2 [Dzik et. al., 2010; Cerná et. al., 2011] sobre vidrio, seguida de un tratamiento a alta temperatura de la capa impresa para crear una película altamente cristalina de titania.

Actualmente, la tinta de impresión ha incrementado su popularidad en la industria del empaque. Las aplicaciones más comunes de tinta de impresión en la industria del empaque de alimentos [Leach & Pierce, 1999] son: etiquetas de fecha, códigos de barras y cualquier otra información variable requerida en el empaque, con la mayoría de los empaques de alimentos marcados de alguna forma con tinta de impresión. La tinta de impresión se está volviendo más popular para las tintas funcionales así como para las tintas de colores estándar [Magdassi, 2010]. Tales tintas funcionales incluyen tintas conductoras de la electricidad para sensores o dispositivos flexibles [Wu et. al., 2009, Courbat et. al., 2010] tintas cerámicas para impresión sobre azulejos [Magdassi, 2010] y tintas que pueden imprimir para formar estructuras 3D. Las tintas de impresión por sí solas en general caen bajo dos clasificaciones [Leach & Pierce, 1999; Magdassi, 2010] – tintas de impresión continua [CIJ] y por goteo a demanda [DOD]. De las dos, la tinta de impresión DOD es un sistema mucho más

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simple y amigable con el ambiente y su uso se está incrementando en la industria del empaque para imprimir directamente sobre los empaques aún sobre la línea de empacado, o sobre una red de material polimérico similar a un sistema de impresión flexográfica. El método de tinta de impresión DOD más comúnmente utilizado aquí es la tinta de impresión piezoeléctrica [PIJ] por el que la oscilación de un cristal piezoeléctrico [Magdassi, 2010; Kui & Tay, 2003] crea una presión de pulso, forzando una gota de tinta fuera del cabezal de impresión y sobre el sustrato.

RESUMEN Numerosos reportes literarios sobre sensores de oxígeno, indican un creciente interés en este tipo de soluciones inteligentes. Este es sin duda un papel significativo del empaque de alimentos. El empacado juega un papel cada vez más importante en la cadena alimentaria completa “desde el campo hasta la mesa del consumidor”. Asimismo, el empaque nos ha permitido tener una amplia variedad de alimentos durante el año que no sería posible tener sin la protección del empaque. Los alimentos actualmente tienen una larga vida útil, resultando en menos pérdidas debido a su descomposición. Sin duda, el uso de indicadores de oxígeno contribuye a esto. Los indicadores de oxígeno se utilizan en el empaque inteligente de alimentos, monitoreando la condición del alimento empacado para dar información de la calidad del alimento durante el transporte y almacenamiento. Hoy en día, la aplicación de sistemas de empaque inteligente indicadores de fugas en Europa, se ha limitado a algunos indicadores de tiempo-temperatura. Sin embargo, algunos productores de alimentos están buscando cada vez más característi-

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cas mercantiles y de seguridad extra. Los indicadores visibles son ideales en muchos casos, sin embargo, en el futuro se puede esperar que un empaque inteligente pueda contener mensajes invisibles más complejos que puedan leerse a distancia [Hurme & Ahvenainen, 2003]. Para resumir, hay varias razones para un futuro brillante del empaque inteligente con indicadores de oxígeno: -la significancia de la frescura y seguridad se incrementará, -las demandas de los consumidores se incrementarán, -la globalización y expansión del área de mercadotecnia hacen cadenas logísticas más grandes e imponen más exigencias en materia de trazabilidad, -la facilitación de control en casa para la industria y venta al por menor en la cadena completa de suministro de alimentos, -el empaque inteligente también puede monitorear la calidad de producto y trazar los puntos críticos en la cadena de suministro de alimentos [Ahvenainen, 2003]. Además, los indicadores de oxígeno deben ser de bajo costo, fáciles de leer y almacenar, irreversibles en respuesta y proporcio-

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nar seguridad instantánea de la integridad del empaque, tanto en la línea de empacado y una vez que llega al consumidor. Los indicadores ideales deben cambiar a un color fácilmente perceptible por un ojo no entrenado, sin requerir ningún equipo analítico en especial [Mills, 2005].

Dainelli D., Gontard N., Spyropoulos D., Zondervan-van den Beuken E., Tobback P.2008. Active and intelligent food packaging: legal aspects and safety concerns. Trends in Food Science & Technology, 19, 99-108.

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Sustentabilidad… “en su tinta”

Tecnología

Como hemos reportado en otras ediciones de TodoEmpaque, una de las tendencias del packaging que ha cobrado cada vez mayor fuerza en los últimos años en la industria es la sustentabilidad. Primero, comenzamos a ver cómo importantes empresas invertían capital para el desarrollo de materiales de envasado amigables con el medio ambiente, principalmente por su pronta degradabilidad en comparación con otros recursos o por su facilidad de reciclado o reutilización. Después, compañías secundarias que participan en la proveeduría de empaque inclinaron sus esfuerzos de investigación hacia el mismo objetivo, logrando, entre otras soluciones, la producción de tintas ecológicas, que son el tema del presente artículo. “Los consumidores son cada vez más conscientes del medio ambiente y están buscando un estilo de vida más sostenible. Y los fabricantes de envases están respondiendo al asegurar que sus materiales y procesos son tan ecológicos como les es posible”, informó al respecto a mediados de febrero pasado Smithers Pira (antes Pira International), reconocida agencia de investigación enfocada en tópicos de empaque, papel e impresión, considerada por los especialistas como una autoridad. Cabe recordar que un estudio del 2010 de la misma organización estimó que el mercado de tintas ecológicas se valuó en 5.8 billones de euros en 2009, y que para el presente año rondaría los 7.2 billones, con un crecimiento anual promedio de 4.5 por ciento.

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TecnologĂa Noviembre - Diciembre 2014 | TodoEmpaque

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EVOLUCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS Más allá de la simple eliminación de metales pesados como el plomo, el cadmio o el mercurio, que es una obligación en muchos mercados, las tintas ecológicas se presentan en varios formatos. El más común es el que ofrece la reducción o eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COV), subproductos de las tintas a base de solventes tradicionales que representan un peligro potencial para el medio ambiente y la salud humana. Por otra parte, los gobiernos de distintas partes del globo están adoptando regulaciones ambientales específicas sobre la composición de las tintas para envasado, que en el caso de la Unión Europea se reflejan en el estándar “EN 134323” sobre la compostabilidad del embalaje. Para los fabricantes de insumos, el reto no ha sido solamente crear soluciones “verdes” para la impresión de empaque, sino que además ofrezcan la productividad y versatilidad propias de las tintas tradicionales, con un alto rendimiento capaz de adaptarse a técnicas comprobadas de impresión y a las altas exigencias de velocidad de las fábricas de hoy en día.

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Históricamente, quizás buscando más la reducción de costos y riesgos que el cuidado medioambiental, un primer esfuerzo sustentable de la industria por sustituir materias primas en las tintas fue el cambio de solventes con base petróleo (empleados desde hace décadas) por soluciones a base de agua. Este alejamiento del combustible fósil resultó viable para distintos sectores, pero en el caso de la industria de alimentos no eran compatibles con sustratos que comúnmente se emplean en la producción, debido a su lento secado. Posteriormente la Flexografía Ultravioleta (UV) se convirtió en un paradigma de las tintas y la sustentabilidad, ya que gracias a su banco de fotoiniciadores ofrece altos rendimientos desde el punto de vista medioambiental. Las soluciones más recientes de esta

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familia, que además tiene ventajas respecto a residuos y limpieza, ofrecen también ahorros energéticos considerables, superiores al 50 por ciento en algunos casos en contraste con insumos tradicionales, pues su composición es idónea para la velocidad de las prensas. La tecnología UV en flexografía se expandió velozmente en distintas industrias, incluso en la alimentaria que envasa productos sensibles. A este desarrollo le siguió la tecnología de haz de electrones (EB, de “electron beam”), que desde el año 2006 ofrece a la industria de envasado y grafica una amplia gama de equipos y consumibles. Los factores que impulsaron fuertemente a este mercado fueron el pequeño tamaño de los sistemas basados en EB y sus mínimos requisitos de inversión; un valor agregado del EB es que su emisión de olores es nula o muy limitada. Algunos expertos consideran que la tecnología EB ofrece una calidad de curado superior en comparación con la UV, pero su complejidad técnica y un costo superior a la UV han hecho que su implementación en la industria sea discreta (para el 2010, se estimaba que su uso era apenas del 4-5%, de acuerdo con un estudio de mercado de la firma RadTech).

EL AUGE DE LAS TINTAS BIODEGRADABLES En años más recientes, las tintas biodegradables se han convertido en una de las tendencias de sustentabilidad más fuertes en el sector del packaging. Entre las soluciones de este segmento que más han llamado la atención, se encuentran tintas cuya química facilita el reciclado del papel o cartón del contenedor al innovar con formas muy simplificadas de separación de la tinta respecto al material impreso, lo cual involucra ahorros energéticos. En el 2011, la atención de la industria se centró en el desarrollo de dos universitarios que desde el 2007 habían realizado trabajos de

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investigación sobre tintas sustentables en el Instituto Indio de Tecnología (India), quienes al considerar que la impresión offset consumía anualmente cerca de tres millones de toneladas de tintas con base de hidrocarburos (emitiendo aproximadamente 500,000 toneladas de COV), crearon una tinta respetuosa con el medio ambiente y al mismo tiempo rentable (pues otras tintas “verdes” representaban altos costos para las industrias), además de que su propuesta reproduce los colores con la misma calidad que las soluciones convencionales: nos referimos a ClimaPrint, de la empresa EnNatura. ClimaPrint es una línea de insumos con una resina especial combinada con aceite vegetal no comestible, cuyo resultado son tintas biodegradables que no desprenden COV. Al ser ácidas, fácilmente se eliminan con una disolución acuosa ligeramente alcalina, que también evita el uso de disoluciones de lavado basadas en petróleo. No generan emisiones y tienen el valor agregado de reducir costos hasta en un 30 por ciento. Para la prensa especializada, uno de sus mayores atractivos fue que son tintas que facilitan su separación del papel impreso, un proceso que generalmente es costoso. Desde entonces, la investigación y el desarrollo en torno a tintas biodegradables o

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por lo menos más respetuosas con el medio ambiente y la salud (mediante compuestos orgánicos o menos agresivos), creció considerablemente; destacando en tiempos más recientes las siguientes soluciones: - La firma Markem-Imaje sustituyó en sus consumibles basados en alcohol, la cetona por el isopropanol, ofreciendo tintas “MEK-free” con menos volatilidad, por lo cual no afectan a la atmósfera ni a la seguridad de los operadores, quienes anteriormente corrían el riesgo de padecer irritación en las mucosas y vías respiratorias debido al disolvente. - Para el caso específico de bolsas metalizadas, la compañía Lamitec ofrece tintas con pigmentos de origen orgánico, libres de metales pesados y certificadas para su uso en empaques para alimentos. - Por su parte, la división Envases de la mexicana Vitro dispone de sus propias tintas orgánicas o cerámicas para líneas de botellas estándar, que gráficamente destacan por su distinción en el mercado. - SKarton, empresa de productos y servicios para la industria del empaque, además de emplear papel 100 por ciento reciclado en

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sus modelos, implementa igualmente tintas biodegradables. En su afán por cuidar al medio ambiente, esta compañía utiliza láminas translúcidas y lámparas ahorradoras en sus instalaciones para ahorrar hasta un 30 por ciento de iluminación artificial. - Asimismo, otras organizaciones de menor tamaño, dedicadas tanto a la impresión en general como al etiquetado e impresión especializada para packaging, actualmente cuentan entre su portafolio con soluciones a base de tintas biodegradables, las cuales adquieren de otras firmas pues son pocas las que hasta el momento fabrican con éxito este tipo de insumos con espíritu sustentable.

en evolución del cual se esperan noticias con más constancia en el corto y mediano plazo. Aunque la mayoría de las tecnologías que emplean no son nuevas y algunas de hecho han sido bastante estudiadas, las dificultades en torno a fijación, migración, separación y sobre todo atracción del consumidor, significan retos que la industria está dispuesta a superar. Una vez establecido su uso, el siguiente paso será su difusión para los distintos sectores ávidos de empaque sustentable y crecer junto con la normatividad. *Principal fuente consultada: Packaging Gateway

Las tintas con propiedades ecológicas, sobre todo las biodegradables, son un segmento

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Sistema de gestión de llenado automático para la industria Automatic filling management system for industries

Procesos

[Hemant Ahuja 1, Arika Singh 2, Saubhagya Tandon 3, Shreya Srivastava 4 y Sandeep Pal 5] RESUMEN

Palabras clave: Automatización; CLP; Control de Supervisión y Adquisición de Datos; control lógico programable; planta embotelladora; SCADA.

En esta era de la industrialización, la revolución/automatización tecnológica está reduciendo rápidamente la necesidad de personal humano para manejar la maquinaria. Mirando el escenario industrial actual, el nacimiento de nuevos productos y marcas privadas está elevando drásticamente la competencia entre las industrias. Con el fin de mantener la promesa de la entrega oportuna de productos, la producción de alta tecnología automatizada es esencial. El concepto de automatización es tan versátil que puede llevar a desarrollos radicales en casi todos los campos. Manteniendo la vista en los presentes requerimientos, este artículo propone un sistema de gestión de

llenado para las industrias, el cual es una completa aplicación de automatización. Un aspecto notable acerca de este proyecto es su alto grado de flexibilidad y su control remoto. Se propuso un prototipo de sistema de llenado de botella comercial controlado usando un controlador lógico programable (PLC) y el proceso entero es monitoreado utilizando un control de supervisión y adquisición de datos (SCADA, por sus siglas en inglés). Este sistema ofrece la provisión de mezclar cualquier número de líquidos en cualquier proporción. Su control remoto y monitoreo hace al sistema fácilmente accesible y advierte al operador en el evento de cualquier falla.

[Conferencia Internacional de Desarrollo Avanzado en Ingeniería y Tecnología (ICADET-14), India. Departamento de Ingeniería Eléctrica, Instituto Ideal de Tecnología, Ghaziabad, India, 0120-3192853. E-mail: ahuja.iitd@gmail.com, arikaahuja@gmail.com, saubhagyatandon@gmail.com, shreya.srivastava18@gmail.com, sandeepiit2011@gmail.com.] TodoEmpaque | Noviembre - Diciembre 2014

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Procesos Noviembre - Diciembre 2014 | TodoEmpaque

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ABSTRACT In this era of industrialization, technological revolution/automation is fast shrinking the need of humans to assist machinery. Looking at the current industrial scenario, birth of new products and private brands is sharply raising the competition among industries. In order to hold out the promise of timely delivery of product, high tech automated production is essential. The concept of automation is so versatile that it can bring radical development in almost every field. Keeping view of present requirements, this paper proposes a filling management system for industries which is a complete application of automation. The notable thing about this project is its high

degree of flexibility and its remote control. A prototype of commercial bottle filling system, controlled using programmable logic controller (PLC) is proposed and the whole process is monitored using supervisory control and data acquisition (SCADA). This system provides the provision of mixing any number of liquids in any proportion. It’s remote control and monitoring makes the system easily accessible and warns the operator in the event of any fault.

INTRODUCCIÓN

gales cada vez más estrictas, los crecientes costos de las materias primas, de la energía y las preferencias de los consumidores, están sujetas al cambio rápido – las

El mercado de bebidas ofrece oportunidades que pueden ser transformadas en sucesos únicamente por las compañías que tienen tecnología para llevarla más allá de la competencia. El alto grado de flexibilidad es su necesidad previa. Las industrias también enfrentan muchos otros cambios. La presión para aumentar continuamente los volúmenes de producción ha insistido en los sistemas más antiguos y ha incrementado los requerimientos de mantenimiento. Para los productores esto crea dos problemas: costos mayores y mayor tiempo de inactividad. Los gestores de producción están siendo cambiados para reducir costos, desechos y tiempo de inactividad. Se requieren nuevas tecnologías que reduzcan el uso de agua, incrementen la eficiencia energética y minimicen el tiempo muerto en los entornos de producción de alta velocidad de bebidas. El aumento de las presiones competitivas, las normas le-

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Key words: Automation; bottling plant; programmable logic control; PLC; Supervisory Control and Data Acquisition; SCADA.

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compañías de bebidas hoy en día están forzadas a incrementar su flexibilidad y a operar con el máximo de eficiencia al mismo tiempo. La clave para este problema es un enfoque de procesos integrados. Después de todo, si todos los procesos están perfectamente coordinados con los otros, y se han establecido comunicaciones confiables entre todas las partes de la planta de manufactura, es muy fácil abordar los grandes cambios [1]. En las pequeñas industrias, el sistema de rellenado usualmente opera en modo manual e incluso esto es cierto también para algunas otras industrias. La literatura sugiere que están usándose microcontroladores ya que aportan una solución efectiva de costos para el control del proceso [2]. Aunque el PLC es costoso, todavía se utiliza. La implementación del PLC para las plantas de llenado de botellas comerciales no es muy discutido en la literatura, por lo tanto en este trabajo se hace un esfuerzo para mostrar los factores importantes acerca de su

uso comercial. Además también se implementó el uso de SCADA en este proyecto, el cual es una herramienta de alta tecnología para proporcionar un monitoreo a través de ubicación remota. El sistema desarrollado en este trabajo es un paquete completo de un sistema de gestión de llenado para las industrias el cual proporciona flexibilidad y fiabilidad además de una ventaja extra de flexibilidad de producción y capacidad de extender o modificar la planta existente. Provee monitoreo remoto de la planta entera que la hace fácilmente accesible. El artículo se ha discutido principalmente en cuatro secciones: La primera sección da la introducción seguida por la descripción del sistema en donde se discute el diagrama de bloques general y flujo del proceso. La descripción del prototipo completo es discutida más adelante y finalmente se muestran las conclusiones.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA Este proyecto es una aplicación completa de automatización. Los diferentes procesos de este sistema son controlados por PLC y remotamente controlados usando SCADA. El PLC y SCADA son el corazón del sistema. El sistema es controlado de acuerdo al PLC programado. Para monitorear el procesamiento de la planta entera, se utilizó SCADA. La Figura 1 muestra el diagrama de bloques del proceso entero. Hay dos entradas al PLC, de las cuales una es la salida del sensor de proximidad. El sensor de proximidad detecta la presencia de la botella en la banda transportadora. En este trabajo se utilizaron botellas metálicas, las cuales son detectadas por dicho sensor. El sensor de infrarrojo es otra opción que puede utilizarse en lugar del sensor de

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proximidad. Cuando la botella es detectada por el sensor de proximidad, se envía una señal al PLC a través de circuitos de acondicionamiento de señal. El PLC entonces opera los dos motores dc para iniciar el proceso de mezclado y liberar la mezcla en el tercer tanque. En sistemas de tiempo real se pueden usar variadores de frecuencia AC para el propósito. Dependiendo de la necesidad, la proporción y la cantidad de líquido para llenar la botella, la operación de abierto y cerrado de las válvulas conectadas a los motores, es controlado a través de PLC. FIGURA 1. Diagrama de bloques del proceso entero.

Esta sección explica más ampliamente las partes principales del sistema:

SMPS

PLC

SCADA

Sensor de proximidad

Motor 1

Motor 2

Válvula 1

Válvula 2

A. Controlador lógico programable, PLC El PLC es un dispositivo programable desarrollado para reemplazar los relés, temporizadores y contadores y son usados exitosamente para ejecutar operaciones de control complicadas en una planta. También ayudan a reducir el tiempo de cambio de un mes a cuestión de pocos días. Este sistema consiste en una unidad input/output (I/O), unidad de procesamiento central (CPU) y una memoria. La unidad I/O actúa como la interfaz entre el PLC y los sistemas de tiempo real. Todas las operaciones lógicas y de control, transferencia de datos y manipulación del trabajo, es realizado por el CPU. Los PLCs proporcionan ventajas de alta fiabilidad en operación, flexibilidad en técnicas de control, requerimientos de poco espacio y cómputo, expandible, manejo de alta potencia, esfuerzos humanos reducidos y programación y reprogramación completa en una planta. Está diseñado para operar en el entorno industrial con amplios rangos de temperatura ambiental, vibración y humedad y usualmente no se ve afectado por ruido eléctrico que es inherente en la mayoría de las áreas industriales. También proporciona la solución efectiva de costo para sistemas complejos controlados [3].

B. Control de Supervisión y Adquisición de Datos, SCADA La combinación de PLC y SCADA, da la ventaja de un mejor monitoreo y control de la planta.

Motor 3

Válvula 3

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SCADA permite a los ingenieros, supervisores, gestores y operadores ver e interactuar con el funcionamiento de todas las operaciones a través de una representación gráfica de su proceso de producción. SCADA corre en una PC y generalmente se conecta a varios PLCs. También reúne datos de la plan-

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ta constantemente, en tiempo real, los almacena y procesa en la base de datos, evalúa y genera alarmas, despliega información para los operadores de la planta, supervisores y gestores y puede emitir instrucciones para los PLCs en el piso de la planta [4].

C. Sistema de llenado El sistema de llenado consiste en tres tanques donde el líquido se mantiene y se mezcla de acuerdo a la proporción dada por el programa del PLC. Para las grandes industrias se puede usar cualquier cantidad de tanques para mezclar cualquier cantidad de líquidos. Por lo tanto el sistema que usa PLC proporciona gran flexibilidad. En las industrias, para la operación de llenado, se usan los variadores de frecuencia AC para la mayoría de los motores con válvulas y adaptación de banda transportadora. En el momento apropiado el motor conectado a las válvulas, se enciende y las válvulas se abren. El sistema de llenado consiste en subsistemas que incluyen un sistema de banda transportadora y sensores. Un sensor es un

dispositivo que responde a una cantidad de entrada, generando una funcionalidad relacionada con la salida, usualmente en forma de una señal eléctrica y óptica. Los sensores son diseñados para tener un pequeño efecto sobre lo que se mide, haciendo el sensor más pequeño a menudo mejora esto e introduce otra ventaja también. Los sensores usados aquí son para detectar las botellas, de tal manera que no hay ningún desperdicio. Por lo tanto, los sistemas también dan la ventaja de que incluso si el programa está en curso y no hay una botella en la banda transportadora, el motor 3 no encenderá y la válvula 3 no se abrirá, así que no habrá derrame de líquido. La válvula 3 abrirá únicamente cuando haya una botella y realizará el llenado. Las bandas transportadoras son especialmente usadas en aplicaciones que involucran el transporte de materiales pesados o voluminosos. Los sistemas de banda transportadora permiten transportar rápida y eficientemente una amplia variedad de materiales. El sistema de banda transportadora se utiliza para transportar botellas de

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un extremo a otro. En el extremo inicial la botella está vacía mientras que en el extremo final la botella llega llena.

DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO E IMPLEMENTACIÓN DE CONTROL En este proyecto, se desarrolló el prototipo ilustrado de una planta de embotellamiento comercial automatizada, utilizando PLC y el proceso entero es monitoreado utilizando SCADA. El mecanismo de detección usado en el sistema se encarga de derrames y desperdicios innecesarios. El sistema proporciona mejor exactitud y precisión en la mezcla de cualquier número de líquidos en proporción variada. El sistema es completamente monitoreado usando SCADA y la planta puede parar o controlarse a través de SCADA en caso de emergencia.

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En este sistema los líquidos no sólo pueden ser vertidos para llenar, sino también pueden ser mezclados en la proporción deseada. Hay dos líquidos diferentes en dos tanques diferentes, los cuales son mezclados en el tercer tanque (tanque final). La mezcla se puede realizar en cualquier proporción, por ejemplo, 2:3; 5:5; 4:6; etc. El Motor 1 y Motor 2 que se muestran en la Figura 1, controlan la proporción que se mezcla en el tercer tanque. Finalmente, este líquido es vertido en latas o botellas y la más grande ventaja de este sistema es la automatización, que proporciona el monitoreo remoto y controlado. Es decir, la totalidad del trabajo del sistema o planta de llenado, se muestra en la pantalla de SCADA, desde donde la planta entera puede ser controlada y monitoreada. La planta puede ser iniciada desde la pantalla de SCADA así como puede ser parada desde la misma, únicamente en caso de alguna

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falla. Por lo tanto no se tiene desperdicio o daño si ocurre alguna falla. La Figura 2 muestra el proceso visible en SCADA. El PLC es la parte principal de la automatización de la planta. La planta está automatizada por el PLC programado. El PLC usado es MICROLOGIX 100 y se proporciona alimentación al PLC a través de SMPS. La programación escalonada es el principal método de programación utilizado para el PLC. Esta programación se hace utilizando el software RS LOGIX ENGLISH. El programa entonces es descargado en el PLC. De acuerdo con el programa escrito en este trabajo, cuando el sistema es encendido, el motor 1 arranca y corre por el tiempo estipulado y la válvula 1 se abre y el líquido llega al tercer tanque. Después, cuando el motor 1 se detiene, el motor 2 arranca y de la misma manera el líquido del tanque dos

Tanque 1

Tanque 2

Válvula 1 Iniciar

Parar

FIGURA 2. Proceso de monitoreo a través de la pantalla de SCADA.

Válvula 2 Tanque 3

Válvula 3

Sensor de Proximidad

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liza el software Wonderware Intouch para SCADA. La pantalla de SCADA muestra todo el trabajo de la planta, es decir, el movimiento completo del sistema de banda transportadora/llenado, es visible en la pantalla de SCADA. Aquí, SCADA proporciona la operación a control remoto del sistema. No es necesario que la pantalla de SCADA sea colocada cerca del PLC. Si hay cualquier error en el funcionamiento de la planta, si un motor no enciende y o hay corridas de más tiempo, se desplegará en la pantalla y la planta podrá parar inmediatamente desde la misma pantalla de SCADA. Esta característica también ayuda al sistema a evitar cualquier derrame o desperdicio.

llega al tanque 3. Los líquidos se mezclan en el tercer tanque. Cuando la botella está presente frente al tercer tanque, el motor 3 arranca y la válvula 3 se abre para llenar la botella. Se utilizan válvulas solenoides 24V para el propósito y el sensor de proximidad se usa para detectar la botella. Las botellas son colocadas sobre la banda transportadora, la cual se mueve usando un motor dc de variación de frecuencia en este caso. En los sistemas industriales se pueden usar variadores de frecuencia ac. Cuando la botella es detectada por el sensor, se envía una señal al PLC el cual detiene los motores de variación y después de que el proceso de llenado se termina, el PLC enciende de nuevo los motores de variación para mover la banda transportadora. La banda transportadora se desliza hasta que la presencia de la otra botella es detectada por el sensor de proximidad. Este trabajo es monitoreado completamente en pantalla SCADA interconectada con el PLC. El cable RS 232 es usado para la interferencia de PLC y SCADA, y se uti-

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CONCLUSIÓN Este artículo propuso una aplicación de automatización ilustrando un PLC, usando como base un sistema de llenado de líquido completamente automatizado. El sistema cumple con la demanda de la producción a alta velocidad utilizando el menor requerimiento de mecanismos. El sistema ha probado trabajar efectivamente evitando los derrames y desperdicios de líquido innecesariamente. También proporcionó alta exactitud y precisión en proporción de la mezcla de dichos líquidos. Aunque se propuso el sistema ilustrado, el proceso de mezclado de dos líquidos se puede efectuar con cualquier número de líquidos en varias proporciones. Es verdad que el uso del PLC es un asunto costoso, particularmente para las pequeñas industrias, pero ofrece muchas ventajas que superan su costo. Una de las características adicionales del sistema propuesto es el uso de SCADA, que lo controla a través de ubicación remota. A través de SCADA es

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posible el monitoreo completo del sistema, y de hecho el proceso puede ser detenido o iniciado desde la pantalla de SCADA. Esta característica es particularmente muy útil en caso de que ocurriera alguna falla en el sistema.

System with User Defined Volume Selection,” International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, vol. 2, Issue 8, August 2012, pp. 134-137. [7]

REFERENCIAS [1] http://www.industry.siemens.com/ verticals/global/en/food-beverage/beverage-industry/Documents/ E20001-A100-T110-V1-7600.pdf [2]

Ashwini P. Somavanshi, Supriya B. Asutkar and Sachin A. More, “Automatic Bottle Filling Using Microcontroller Volume Correction,” International Journal of Engineering Research and Technology IJERT, vol. 2, Issue 3, March 2013, pp. 1-4.

[3]

Ahmed Ullah Abu Saeed, Md. Al-Mamun and A. H. M. Zadidul Karim, “Industrial Application of PLCs in Bangladesh,” International Journal of Scientific & Engineering Research, vol. 3, Issue 6, June 2012.

[4]

Stuart A. Boyer, Scada – Supervisory Control and Data Acquisition, International Society of Automation USA, 4th Edison, 2009.

[5]

Mallaradhya H. M., K. R. Prakash, “Automatic Liquid Filling to Bottles of Different Height Using Programmable Logic Controller,” in proceedings of AECE-IRAJ International Conference, July 2013, pp. 122-124.

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T. Kalaiselvi, R. Praveena, Aakanksha R. and Dhanya S., “PLC Based Automatic Bottle Filling and Capping

Shaukat N., “PLC Based Automatic Liquid Filling Process,” IEEE Multi Topic Conference, 2002. Hemant Ahuja, Arika Singh, Saubhagya Tandon Shreya Srivastava, Sandeep Pal, Department of Electrical Engineering, Ideal Institute of Technology, Ghaziabad, India, 0120-3192853, (ahuja.iitd@gmail. com,arikaahuja@gmail.com,saubhagyatandon@gmail.com,shreya. srivastava18@gmail.com, sandeepiit2011@gmail.com).

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CALENDARIO DE EVENTOS

PROWINE CHINA 2014 12 al 14 de Noviembre Sede: Shanghai New International Expo Centre Organiza: Messe Düsseldorf (Shanghai) Co., Ltd; Messe Düsseldorf GmbH, China International Exhibitions Ltd y Allworld Exhibitions Teléfono: +86 (21) 6209 5209 Fax: +86 (21) 6209 5210 E-mail: nieve@chinaallworld.com, iris@chinaallworld.com Web: www.prowinechina.com ProWine China es una plataforma de la industria vinícola tanto para concesionarios y productores internacionales como para proveedores locales que buscan exhibir sus productos, establecer contactos y llegar a penetrar los mercados internacionales y chino. ProWine China desarrolla tendencias y asume un papel clave en el comercio del vino, con las condiciones óptimas para servir como la puerta de entrada a China, mercado número en crecimiento a nivel mundial.

Teléfono: +49 (0) 221 821 3899 E-mail: s.schommer@koelnmesse.de Web: www.ism-cologne.com y www.prosweets.com ISM es la feria mundial de comercio líder para la industria de confitería, que ofrece la plataforma adecuada para el mundo innovador de este sector, con todas las tendencias y los temas que interesan a los distintos socios empresariales para dar forma al futuro de todos sus productos, tanto conocidos como nuevos que lleguen a los mercados y generen nuevos volúmenes de negocio. Mientras que ProSweets Cologne, que se llevará a cabo de manera paralela a ISM, es una feria de proveeduría para la confitería, que abarca desde ingredientes especiales para este sector hasta tecnologías de envasado y proceso.

EXPOCARNES 2015 La puerta de entrada a Latinoamérica

PLASTIMAGEN 2014 Vanguardia y soluciones prácticas para todas las industrias 18 al 21 de Noviembre Sede: Centro Banamex Organiza: E.J. Krause de México Teléfono: 52 (55) 1087 1650 Fax: 52 (55) 5523 8276 E-mail: sergiom@ejkrause.com Web: www.plastimagen.com.mx Plastimagen México es internacionalmente conocida como la exposición de plástico más importante y completa en México y Latinoamérica. Se presentan más de 800 expositores internacionales a lo largo de 27 mil metros cuadrados de exhibición. Los asistentes podrán conocer lo último en tecnología y tendencias mundiales en maquinaria y equipo transformadores de plástico, resinas sintéticas, herramientas y moldes, reciclado, materias primas, componentes, producto terminado, instrumentación y control de procesos, entre muchas otras soluciones.

ISM 2015 Y PROSWEETS COLOGNE 2015 The Future of Sweets 01 al 04 de Febrero Sede: Koelnmesse, Colonia, Alemania Organiza: Koelnmesse GmbH

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18 al 20 de Febrero Sede: Cintermex, Monterrey, Nuevo León, México Organiza: Asociación Promotora de Exposiciones, A.C. Teléfono: +52 (81) 8369 6660, 64 y 65 E-mail: info@expocarnes.com Web: www.expocarnes.com Expocarnes, Exposición y Convención Internacional de la Industria Cárnica, es el punto de reunión en donde se entrelazan proveedores, empacadores y representantes de todos los eslabones del sector, un evento de clase mundial. En Expocarnes se encuentra el ambiente ideal para hacer los mejores negocios de la industria cárnica.

TECNOALIMENTOS EXPO 2015 Tecnología al Servicio de la Innovación 26 al 28 de Mayo Sede: Centro Banamex, Ciudad de México, México Organiza: Alfa Promoeventos Teléfono: +52 (55) 5582 3342 Fax: +52 (55) 5582 3342 E-mail: ventas@tecnoalimentosexpo.com.mx Web: www.expotecnoalimentos.com

TECNO 2 ALIMENTOS 0 1

EXPO

Durante ocho ediciones, TecnoAlimentos Expo ha sido la más importante exposición en México y América Latina sobre proveeduría de ingredientes, aditivos, tecnología, innovación de procesos, productos y servicios, para los fabricantes de alimentos y bebidas.

{39} Por su éxito y su amplia gama de soluciones, a TecnoAlimentos Expo se le conoce como “el evento de la industria alimentaria”. Es el punto de encuentro donde los tomadores de decisiones de las compañías alimentarias se reúnen para conocer las tendencias, desarrollos tecnológicos, métodos, modificaciones regulatorias y herramientas de reciente lanzamiento que vuelven a las empresas más modernas, sustentables y competitivas. En su edición de 2014, TecnoAlimentos Expo fue todo un éxito para los visitantes y expositores.

ALIMENTARIA MÉXICO 2015

Organiza: Koelnmesse GmbH Teléfono: +52 (55) 1500 5909 Fax: + 52 (55) 1500 5910 E-mail: gabriela.gonzalez@deinternational.com.mx Web: www.anuga.com Anuga es no sólo la mayor feria de alimentos y bebidas en el mundo, también es el encuentro más importante del sector de nuevos mercados y grupos específicos. Es el lugar perfecto para conocer las últimas tendencias y temas, y un gran lugar para hacer contactos de primer nivel y negocios. 10 eventos bajo el mismo techo: Anuga Fine Food, Anuga Drinks, Anuga Meat, Anuga Frozen Food, Anuga Chilled & Fresh Food, Anuga Dairy, Anuga Bread & Bakery, Hot Beverages; Anuga Organic, Anuga RetailTec y Anuga FoodService.

Un mundo de Alimentos y Bebidas 26 al 28 de Mayo Sede: Centro Banamex, México, D.F., México Organiza: E.J. Krause & Associates, Inc. Teléfono: +52 (55) 1087 1650 Fax +52 (55) 5523 8276 E-mail: cvaldes@ejkrause.com Web: www.alimentaria-mexico.com Alimentaria México es un evento de alimentación y bebidas dirigido a la industria alimentaria de México, distribución, comercialización y sector restaurantero en el que está presente toda la oferta de alimentos y bebidas: lácteos, dulces, frutas y verduras, cárnicos, productos del mar, conservas y congelados, bebidas, orgánicos y equipos dedicados a la preparación, conservación y presentación de alimentos y bebidas para el sector de la restauración.

ANUGA 2015

IFFA 2016 7 al 12 de Mayo Sede: Messe Frankfurt Organiza: Messe Frankfurt Exhibition GmbH Teléfono: +49 (69) 7575 - 0 Fax: +49 (69) 7575 - 5770 E-mail: antje.schwickart@messefrankfurt.com Web: www.iffa.com IFFA es la principal feria internacional para el procesamiento, embalaje y comercialización de la industria de la carne. Ha sido la plataforma global para el sector procesador de carne y es el foro más importante del mundo para decidir inversiones sobre cárnicos desde 1949. Gracias a la gran amplitud y especialización de la gama de soluciones expuestas, así como el número excepcionalmente elevado de expositores y visitantes internacionales, IFFA ofrece cada tres años una demostración convincente de su posición destacada en el sector.

Taste the Future 10 al 14 de Octubre Sede: Koelnmesse, Colonia, Alemania

COMPAÑÍA

Índice de Anunciantes CONTACTO PÁGINA

INDUSTRIAS ALIMENTICIAS FABPSA, S.A. DE C.V. www.fabpsa.com.mx 5

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