ES2574665T3

ES2574665T3 - Procedimientos y sistemas para la medición y el control de parámetros de proceso

Info

Publication number: ES2574665T3
Application number: ES11005143.0T
Authority: ES
Inventors: Ediz Batmaz; Rasheed Mohammed; Khalid Abdelrahim; Mohammed Karkache
Original assignee: Campbell Soup Co
Current assignee: Campbell Soup Co
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2016-06-21
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: CN102331277A; EP2400282B1; CA2744478C; EP2400282A3; AU2011203087A1; EP2400282A2; AU2011203087B2; CA2744478A1; US20110320060A1; MX2011006835A; US8463423B2

Abstract

Sistema para monitorizar al menos una condición de proceso de un tratamiento térmico continuo de una corriente de fluido heterogéneo en movimiento procesada en un intercambiador de calor, y dicho sistema comprende al menos un circuito identificable mediante una señal de radiofrecuencia, al menos un transceptor capaz de comunicarse con dicho circuito, y al menos una partícula con dicho circuito incorporado, siendo dicha partícula una de entre una pluralidad de partículas componentes que fluyen dentro de dicha corriente de fluido heterogéneo, caracterizado porque: dicho circuito es un circuito integrado de aplicación específica provisto de un sensor de temperatura para medir temperaturas en diferentes ubicaciones en el interior de dicha corriente de fluido heterogéneo; dicho circuito está conectado a una antena para enviar una señal de temperatura de radiofrecuencia a dicho al menos un transceptor; y, dicha al menos una condición de proceso es la temperatura.

Description

DESCRIPCION

Procedimientos y sistemas para la medicion y el control de parametros de proceso 5 Campo de la invencion

La presente invencion se refiere, en general, a sistemas y procesos adecuados para medir parametros de proceso de sistemas de procesado, principalmente sistemas para procesar productos alimentarios, empleando circuitos integrados de aplicacion espedfica identificables mediante senales de radiofrecuencia.

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Antecedentes de la invencion

La mayona de los alimentos envasados (incluidas las bebidas) de produccion comercial se someten a un proceso termico tras el cual dicho alimento concreto pasa a ser apto para el consumo. La intensidad de este proceso termico 15 vana dependiendo de las caractensticas ffsicas y la composicion qmmica del alimento, el tipo de envase y el periodo de conservacion que se desea obtener. El tratamiento termico se puede llevar a cabo tanto antes como despues de rellenar el envase con el producto. Por ejemplo, para alimentos de baja acidez en los que el producto se procesa termicamente antes de introducirlo en el envase, se pueden emplear sistemas de procesado muy diferentes, en comparacion con un producto que se haya procesado termicamente una vez dentro del envase.

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Para lograr que un producto alimentario resulte apto para el consumo, el fabricante necesita saber cuanto calor se aplica al producto. Este tratamiento termico se puede contemplar como una funcion de la temperatura y el tiempo. La temperatura del producto se eleva hasta cierto grado y se mantiene a al menos esta temperatura durante un periodo de tiempo preestablecido, que corresponde a un valor de «letalidad» que se usa de manera convencional en la industria 25 alimentaria para estandarizar y cuantificar la intensidad de un proceso termico. Con alimentos puramente lfquidos, tales como bebidas y caldos, la temperatura del producto se puede medir facilmente mediante sondas de temperatura dispuestas en lugares preestablecidos de un sistema de procesado. No obstante, no se prefiere el uso de sondas de temperatura convencionales y en la practica resulta casi imposible cuando se desea medir la temperatura en el interior de alimentos que comprenden partfculas (es decir, alimentos lfquidos con partfculas componentes originales), tales como 30 sopas. En estas circunstancias, solo se puede monitorizar la temperatura la fraccion lfquida del alimento que comprende partfculas mediante el uso de sondas de temperatura convencionales. Cuando deseamos obtener mediciones de temperatura de las diferentes partfculas componentes originales contenidas en los alimentos, nos enfrentamos a un problema diferente.

35 En cualquier proceso de esterilizacion, el objetivo consiste en garantizar la esterilidad comercial del producto en su conjunto. Cuando el producto esta formado por una fraccion lfquida homogenea, se pueden facilitar las mediciones mediante el uso de sondas de temperatura convencionales. Y al contrario, cuando el producto esta formado por diversas partfculas suspendidas en una fraccion lfquida, tal como una sopa con tropezones, puede ser extremadamente diffcil predecir la esterilidad del producto en su conjunto a partir de los datos del proceso de los que se puede disponer con 40 facilidad en un sistema de esterilizacion de flujo continuo convencional. La dificultad parte del hecho de que el calentamiento experimentado por los diferentes tipos de partfculas contenidas en el producto puede ser distinto al de la corriente de lfquido, lo cual anula la utilidad y la veracidad de las mediciones de la fraccion lfquida obtenidas con la sonda de temperatura como indicadores de la temperatura de las partfculas. La distribucion del tiempo de residencia de las partfculas en el sistema de procesado aumenta la complejidad a la hora de garantizar la esterilidad comercial de todos 45 los componentes.

Al mezclar productos por lotes en una marmita o una mezcladora de cintas helicoidales, por ejemplo, para productos de sopa que contienen partfculas de gran tamano, pueden surgir problemas de distribucion de las partfculas por diversas causas, entre otras: un tiempo de mezclado insuficiente, un diseno inapropiado del agitador, una velocidad o direccion 50 inapropiadas del agitador, el tamano y la forma de la marmita, la cantidad y el tamano de los tropezones, el nivel total de lfquido, la densidad de las partfculas y la viscosidad del lfquido. Por lo tanto, puede ser complicado medir diversas condiciones del proceso que resultan de interes, como, por ejemplo, la direccion, orientacion, velocidad o temperatura de una partfcula en un recipiente mezclador. De hecho, la medicion directa de la temperatura de las partfculas mediante tecnicas convencionales, como las sondas de temperatura, resultana considerablemente dificultosa, si no directamente 55 imposible, por el movimiento de las partfculas durante el funcionamiento de dicha unidad. Por lo tanto, sena deseable optimizar aun mas tales condiciones del procesado por lotes.

En terminos generales, es posible que la temperatura de una partfcula individual no sea uniforme en todo el volumen de dicha partfcula. Por ejemplo, la superficie externa de la partfcula se puede calentar mas rapido que el nucleo de la

partfcula debido a que la superficie externa de la partfcula esta en contacto directo con la fraccion Kquida. Aunque esto es valido para algunas operaciones convencionales, en las que se usa agua caliente o vapor como medio de calentamiento, puede que no sea el caso de las operaciones termicas en las que el alimento se calienta por otros medios, como por ejemplo infrarrojos, microondas, calentamiento solar directo, calentamiento por radiacion, calentamiento por induccion o 5 calentamiento por resistencia. Ademas de la variacion de temperatura en el interior de una partfcula individual, los diferentes tipos de partfculas fluiran a diferentes velocidades en el seno de la fraccion lfquida, a medida que todo el volumen del alimento es bombeado a traves del sistema de procesado. Las partfculas que fluyen mas deprisa a traves del sistema se someteran al tratamiento termico durante menos tiempo.

10 Por lo general, el procesado termico aseptico conlleva la esterilizacion continua del material alimentario mediante un intercambiador de calor adecuado. El tipo de intercambiador de calor que se emplea viene determinado por las propiedades del material alimentario, tales como, por ejemplo, la viscosidad, el tamano de partfcula y la homogeneidad. Algunos productos alimentarios, como el zumo, la leche y el caldo, son productos homogeneos y se pueden procesar en intercambiadores de calor de placas. Otros productos alimentarios, como por ejemplo las sopas que contienen partfculas 15 solidas, se pueden procesar en intercambiadores de calor que admiten partfculas, como los intercambiadores de calor tubulares. Para poder cuantificar el proceso termico para un funcionamiento aseptico, serfa necesario poder identificar la partfcula cuyo nucleo se calienta mas lentamente, evaluando caractensticas conocidas de las partfculas, como el tamano, la conductividad termica o la densidad. Una vez que se ha identificado la partfcula que se calienta mas lentamente, se puede conocer la temperatura de esta partfcula (en su punto mas fno) a la entrada y la salida de los tubos 20 de retencion asociados con el sistema de calentamiento que se esta usando, para garantizar un correcto tratamiento termico, indicado por mediciones de diversos factores decisorios tales como el valor de coccion, la letalidad, etc. En la actualidad, la tecnica carece de un sistema que pueda monitorizar condiciones de proceso como la temperatura directa de las partfculas, al menos casi en tiempo real durante un tratamiento termico de flujo continuo.

25 Los cientfficos e ingenieros especialistas en alimentos han estado experimentando con diversas tecnologfas para cuantificar y validar procesos de elaboracion de alimentos. Estos intentos convencionales se pueden clasificar generalmente en dos categonas: distribucion de tiempo de residencia de diferentes partfculas componentes y datos de temperatura de las partfculas componentes en determinadas ubicaciones cnticas del sistema.

30 Por ejemplo, en la patente de EE. UU. n.° 5.261.282, de Grabowski y col., se describe el uso de transpondedores de radiofrecuencia implantados (en forma de chips RFID) para identificar los tiempos de residencia de partfculas simuladas que pasan a traves de un sistema de procesamiento continuo. En la patente de EE. UU. n.° 5.741.979, de Arndt y col., se describe el uso de implantes marcadores de antenas bipolares en las partfculas y transductores detectores de microondas para medir los tiempos de residencia de las partfculas. No obstante, este tipo de sistemas no proporciona 35 informacion relativa a la temperatura de las partfculas de interes y no puede proporcionar informacion relevante del procesado acerca de la temperatura relativa a la partfcula o partfculas de un sistema que se calientan mas lentamente y que se mueven mas rapido.

Se han llevado a cabo otros intentos convencionales de medir solo la temperatura o la temperatura y el tiempo de 40 residencia de partfculas de alimentos en un sistema de procesado continuo. La termometna mediante la formacion de imagenes por resonancia magnetica, tal como describen Kantt y col. en «Temperature Mapping of Particles During Aseptic Processing with Magnetic Resonance Imaging», Journal of Food Science, volumen 63, n. 2 (1998), constituye un procedimiento no obstructivo y sin contacto, pero no resulta suficientemente rapido para proporcionar mediciones en knea en tiempo real. Se tardo ocho segundos en formar una unica imagen de un mapa de temperatura de 64x64 en corte 45 transversal. Sin embargo, durante este tiempo, una cantidad considerable de producto puede pasar por el detectar sin ser monitorizada. De este modo, el numero de cortes transversales que se pueden observar es muy limitado, es decir, cabe la posibilidad de que la deteccion del punto inicial en el que se lleva a cabo el tratamiento termico letal no pueda determinarse para todos los casos posibles.

50 Otras metodologfas convencionales, con sus inconvenientes asociados, incluyen aquellas en las que se aplican implantes termorresistivos. Uno ejemplo lo constituye la solucion de medicion de temperatura magnetica local descrita en la patente de EE. UU. n. 5.722.317, de Ghiron y col., que esta dedicada al uso de partfculas paramagneticas esfericas para los implantes y unas bobinas detectoras alrededor de las tuberfas a modo de sensores. En esta solucion se aplica una correlacion entre el debilitamiento del campo magnetico y el aumento de temperatura para calcular la temperatura 55 del implante a partir de las senales de tres sensores de bobina. No obstante, la correlacion negativa entre el campo magnetico medido y el aumento de temperatura empleada en esta solucion puede dar lugar a una estimacion de temperatura no conservadora, es decir, el calculo obtenido puede indicar una temperatura superior a la que verdaderamente existe en el implante. Esto se debe al hecho de que la reduccion del campo magnetico puede estar provocada por diversos factores distintos al aumento de la temperatura en el implante, como por ejemplo la obstruccion

de la deteccion por parte de otros materiales (p. ej., otras partfculas de alimentos que se hallen presentes). Ademas, la solucion de la termometna magnetica puede ser muy sensible a las interferencias electromagneticas, por lo que aumenta enormemente la complejidad en la adquisicion de datos o la veracidad de los datos adquiridos.

5 En la patente de EE. UU. n.° 7.112.954 de Palazoglu y col., se describe otra metodologfa, que emplea el cambio en la intensidad del campo magnetico de dos o mas imanes unidos entre sf a lo largo del mismo polo y fijados en una partfcula portadora que emula las propiedades de una partfcula de alimento real. Los imanes estan colocados en una disposicion sencilla y forzada mediante un adhesivo con una temperatura de desprendimiento espedfica. Cuando el adhesivo se derrite, a un umbral de temperatura preestablecido, al menos uno de los imanes gira hacia el polo opuesto, con lo que se 10 crea un cambio detectable en el campo magnetico. Se supone que la ubicacion en el sistema de procesado en la que se detecta este cambio en el campo magnetico, para un par de imanes dado, es el punto en el que la partfcula simulada alcanza el umbral de temperatura. El inconveniente de esta metodologfa reside en que, de forma similar a lo que ocurre con el procedimiento descrito por Ghiron y col., no se proporciona una medicion directa de la temperatura. Ademas, la indicacion de temperatura que se obtiene es simplemente la de haber superado el umbral de temperatura 15 predeterminado del adhesivo, en lugar de un valor de temperatura numerico y directo. Ademas, no existe ninguna manera de identificar de forma inequvoca un par de imanes cuando se introducen multiples pares de imanes en el sistema al mismo tiempo.

Por lo tanto, existe la necesidad en la tecnica de disponer de sistemas y procedimientos para monitorizar directamente la 20 temperatura de las partfculas de fluidos heterogeneos sometidos a tratamiento termico que contienen una pluralidad de partfculas componentes de alimento.

Resumen de la invencion

25 La presente invencion se refiere a un sistema para monitorizar al menos una condicion de proceso de un tratamiento termico continuo de una corriente de lfquido procesada en un intercambiador de calor segun la reivindicacion 1 y a un procedimiento para medir al menos una condicion de proceso de un tratamiento termico continuo o por lotes segun la reivindicacion 9. De acuerdo con la presente invencion, se describen procedimientos y aparatos que usan circuitos integrados de aplicacion espedfica (ASIC) para proporcionar datos relativos al proceso para tratamientos termicos 30 continuos o por lotes, tales como los procesos de esterilizacion, pasteurizacion y/o conservacion. Los circuitos van incorporados preferentemente en una partfcula sometida a dicho tratamiento, y se describen procedimientos para proporcionar el control del proceso al menos casi en tiempo real, obtenido a partir de los datos del proceso proporcionados por los circuitos mientras se encuentran sometidos a dicho tratamiento.

35 Un sistema preferido para monitorizar condiciones de proceso de un tratamiento termico continuo emplea al menos un circuito integrado de aplicacion especfica (ASIC) identificable mediante una senal de radiofrecuencia, conectado con al menos un sensor capaz de medir al menos una condicion de proceso. El sistema cuenta ademas con un transpondedor capaz de comunicarse con el circuito y al menos una partfcula con el circuito incorporado. La partfcula atraviesa un fluido heterogeneo que posee una pluralidad de partfculas componentes de alimento sometidas a un tratamiento termico 40 directo, un tratamiento termico indirecto u otros tratamientos de procesado de alimentos. Se pueden emplear procesos asepticos o procesos no asepticos, segun el caso. La partfcula con el circuito incorporado puede ser una partfcula componente real o una partfcula que simula un numero cualquiera de propiedades de las partfculas componentes.

Algunos sistemas preferidos en la actualidad utilizan un circuito colocado en una partfcula componente original. Otros 45 sistemas preferidos en la actualidad utilizan un circuito colocado en el interior de una partfcula simulada que atraviesa el sistema de procesado continuo. Dichos circuitos pueden quedar al descubierto en la superficie de la partfcula o pueden estar colocados en el interior de la partfcula, preferentemente al menos cerca del centro de la partfcula, de manera que la partfcula emule al menos una caractenstica ffsica, termica o dielectrica de una partfcula componente original.

50 Las caractensticas ffsicas de interes pueden incluir, entre otras, el contenido de humedad, contenido de sal, forma y/o densidad. Las propiedades dielectricas pueden incluir, entre otras, solo a modo de ejemplo, la conductividad electrica, permeabilidad magnetica, constante dielectrica relativa, factor de perdida dielectrica relativo y/o angulo de perdida dielectrica.

55 Otros procedimientos preferidos incluyen ademas un sistema de registro secuencial de datos para medir y almacenar informacion relativa a al menos una condicion de proceso, medida por al menos una partfcula con circuito incorporado. Dicho registro secuencial de datos puede darse a lo largo de al menos una parte de la ruta del proceso, en al menos una ubicacion discreta a lo largo de la ruta del proceso, o en ambas.

Las condiciones de proceso que se pueden medir mediante dicho sistema pueden incluir, a modo de ejemplo y no de limitacion: pH del Ifquido, temperatura de las partfculas, temperature del Kquido, velocidad de las partfculas, ubicacion de las partfculas, rotacion de las partfculas, velocidad del lfquido, caractensticas nutricionales del lfquido, caractensticas qmmicas, presion del sistema, orientacion de las partfculas, posicion de las partfculas y/o salinidad del lfquido. La 5 medicion de los nutrientes puede, por ejemplo, identificar las cantidades, concentraciones o proporciones de azucar, protema, almidon y/o diversas vitaminas o minerales que pueden estar presentes en la fraccion lfquida del fluido heterogeneo. Ademas, la medicion de los nutrientes puede incluir la identificacion de las cantidades, concentraciones o proporciones de diversas sustancias fitoqmmicas, como, entre otras: fitoesteroles, carotenoides, tocotrienoles, isoflavonas, acidos grasos omega-3, fosfoifpidos, nucleosidos, nucleotidos, glucosamina, acido ferulico y/o acido 10 cumarico.

Se pueden realizar mediciones de la temperatura de las partfculas o del lfquido desde -40 °C hasta aproximadamente 200 °C, preferentemente entre 100 °C y 140 °C. Los sistemas preferidos pueden medir la temperatura con una precision de 1 °C. Se pueden realizar mediciones de la presion del sistema de hasta ~69 bares (1 kpsi) preferentemente hasta 10,3 15 kbar (150 kpsi).

Otro procedimiento preferido para medir las condiciones de proceso emplea al menos un circuito integrado de aplicacion espedfica identificable mediante una senal de radiofrecuencia y provisto de al menos un sensor capaz de medir al menos una condicion de proceso, proporciona el circuito integrado de aplicacion especfica en un fluido heterogeneo, y 20 mide al menos una condicion de proceso, determinada por el circuito en la al menos una ubicacion en el interior del sistema de procesado. La ubicacion se situa a lo largo de al menos una parte de la ruta del proceso, en una seccion discreta de la ruta del proceso que esta sometida a un transductor, o en ambas. De este modo, se puede medir, por ejemplo, la orientacion de las partfculas, la posicion de las partfculas o ambas, en relacion con el espacio de procesado.

25 En todas las formas de realization se selecciona, preferentemente, al menos una condicion de proceso de entre el grupo formado por: pH del lfquido, temperatura de las partfculas, temperatura del lfquido, velocidad de las partfculas, velocidad del lfquido, caractensticas nutricionales del lfquido, presion del sistema, orientacion de las partfculas, posicion de las partfculas y salinidad del lfquido.

30 Preferentemente, al menos una condicion de proceso es la temperatura de las partfculas o la temperatura del lfquido, y dicha temperatura se mide desde aproximadamente -40 °C a aproximadamente 200 °C.

La condicion de proceso puede ser la temperatura de las partfculas o la temperatura del lfquido, y la temperatura se puede medir desde 100 °C a 140 °C.

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Tambien puede ser que la condicion de proceso sea la temperatura de las partfculas o la temperatura del lfquido, y la medicion de la temperatura puede tener una precision de 1 °C.

En todos los casos, puede ser que la condicion de proceso sea la presion del sistema, y que la presion del sistema se 40 mida hasta ~69 bares (1 kpsi).

Preferentemente, la condicion de proceso es la presion del sistema y la presion del sistema se mide hasta ~10,3 kbar (150 kpsi).

45 En todas las formas de realizacion, la caractenstica ffsica se puede seleccionar entre el grupo formado por geometna, densidad y volumen.

Preferentemente, el circuito esta ubicado en el interior de dicha partfcula, y dicha partfcula emula al menos una caractenstica termica de una partfcula de alimento componente original.

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La caractenstica termica se puede seleccionar entre el grupo formado por difusividad termica, conductividad termica y calor espedfico.

En todas las formas de realizacion, el procedimiento para medir condiciones de proceso puede estar asociado con un 55 proceso aseptico.

La condicion de proceso medida tambien puede estar asociada con un proceso no aseptico.

Se puede seleccionar una caractenstica dielectrica. Preferentemente, se selecciona la conductividad electrica como

caractenstica dielectrica.

Breve descripcion de los dibujos

5 La fig. 1 es una vista esquematica que muestra diversos componentes de un sistema de procesado termico.

La fig. 2 es una vista esquematica que muestra una parttcula con circuito incorporado, provista de un transductor incorporado, comparada con una autentica partfcula de alimento original.

10 La fig. 3 es una vista esquematica que muestra una seccion transversal plana de una partfcula con circuito incorporado, comparada con una autentica partfcula de alimento original.

La fig. 4 es una vista esquematica aumentada que muestra un transductor incorporado.

15 La fig. 5 es una vista esquematica despiezada que muestra una antena transceptora conectada con un tubo de procesado.

La fig. 6 es una vista esquematica que muestra la medicion a lo largo de al menos una parte de la ruta del proceso, y una medicion de un plano espacial discreto de la ruta del proceso.

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Descripcion detallada de las formas de realizacion preferidas

Se describen procedimientos y aparatos preferidos de acuerdo con la presente invencion, en relacion con un proceso para la esterilizacion de alimentos que comprenden partfculas en un intercambiador de calor de flujo continuo. Debe 25 entenderse que la invencion posee un amplio campo de aplicacion para cualquier tipo de monitorizacion de procesos, incluido un procesado continuo, particularmente cuando se va a medir un parametro de proceso mediante un pequeno dispositivo de un tamano de aproximadamente 5 mm (o menos) en cualquier dimension.

Se emplean circuitos integrados de aplicacion espedfica (ASIC), que por lo demas son conocidos y usados en diversas 30 industrias, para diversas aplicaciones de deteccion. Dependiendo de la aplicacion, un conjunto de placas de circuitos impresos (PCBA) adecuado puede tener diferentes componentes y puede funcionar mediante diferentes protocolos. Cuando se desea obtener una identificacion (ID) ademas de la deteccion, se puede usar un dispositivo de memoria en chip para almacenar una ID exclusiva. En dicho sistema, los datos de deteccion comunicados por el circuito integrado (IC) se acompanan de la ID del chip. El protocolo de comunicacion puede utilizar cables o ser inalambrico. Para 35 aplicaciones inalambricas, dicha comunicacion se puede establecer mediante senales de radio, de manera similar a los protocolos de comunicacion que se encuentran en los sistemas de identificacion por radiofrecuencia (RFID). En algunos casos, se emplea una antena conectada al IC para recibir y enviar las senales de radio a un transceptor. Dicha unidad, incluida la antena, suele recibir el nombre de transductor.

40 En la figura 1 se muestra un aparato 1 que constituye un ejemplo de un proceso de coccion continua en el que las partfculas de alimentos, como, por ejemplo verduras en una sopa con tropezones, se esterilizan en una corriente en movimiento. Debe entenderse que el aparato 1 que se muestra en la figura 1 tiene un fin meramente ilustrativo y que se puede utilizar de manera similar uno cualquiera entre varios sistemas distintos, capaces de procesar uno cualquiera entre varios productos alimentarios distintos, de acuerdo con la presente invencion.

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En el aparato 1 que se ilustra, y que, por lo demas, es conocido y convencional en la industria, una sopa se mezcla en una marmita mezcladora 2, y la sopa mezclada se bombea hacia los tubos de un intercambiador de calor tubular a traves de una bomba de sincronizacion 3. La velocidad de la bomba se puede ajustar mediante un accionamiento de frecuencia variable para mantener un caudal preestablecido, que se puede medir mediante un caudalnrietro 4. La sopa mezclada 50 pasa al intercambiador de calor esterilizador a traves de la descarga de la bomba de sincronizacion 3, atravesando una seccion de calentamiento 5, una seccion de retencion 6 y una seccion de enfriamiento 7, y despues pasa a rellenar un recipiente. Dependiendo del diametro de los diversos tubos que forman el aparato 1, se puede ajustar la longitud total del tubo de retencion y el caudal del producto para que se alcance un tiempo de retencion predeterminado. Preferentemente, se coloca una bomba de desplazamiento positivo 25 entre la descarga de la seccion de enfriamiento 7 y el equipo de 55 rellenado situado mas adelante y se puede usar para regular la contrapresion a lo largo de los diversos tubos controlando la velocidad de la bomba 25.

De acuerdo con la presente invencion, se proporciona una partfcula de alimento con circuito incorporado 8 que puede pasar a traves del aparato 1 durante la preparation activa del producto alimentario. La partfcula de alimento con circuito

incorporado 8 esta configurada preferentemente para monitorizar el avance de la partfcula de alimento que se calienta mas lentamente y que fluye con mayor rapidez entre las que atraviesan el aparato 1, y se puede aplicar con una partfcula de alimento original o con una partfcula de alimento simulada con la forma de una partfcula de alimento original.

5 En referencia a la figura 2, la partfcula de alimento con circuito incorporado 8 puede incluir un transductor encapsulado 10 en una partfcula de alimento componente original o una partfcula de alimento simulada, preferentemente en el centro de la partfcula de alimento 8 o al menos cerca del centro de la partfcula de alimento 8. Como mejor se muestra en la figura 4, el transductor 10 incluye un conjunto de placas de circuitos impresos (PCBA) 18 que cuenta con un ASIC incorporado con un sensor integrado para monitorizar el parametro deseado, por ejemplo la temperatura y/o la presion. Para la 10 comunicacion, una antena 19 esta conectada con el PCBA, y preferentemente esta enrollada alrededor del PCBA. Para evitar descargas electricas, el transductor 10 tambien esta encapsulado en un material aislante 17 adecuado, que, por lo demas, se conoce y se usa en la industria. Para una partfcula de alimento con circuito incorporado 8 utilizada en forma de partfcula de alimento simulada, el transductor 10 esta rodeado preferentemente por un material de encapsulado 9 que puede escogerse de manera que coincida con ciertas propiedades ffsicas, termicas y/o dielectricas de una partfcula de 15 alimento original, incluidas, entre otras: geometna, volumen, densidad, difusividad termica, conductividad termica, calor espedfico y/o conductividad electrica.

La partfcula que fluye mas deprisa en el sistema de procesado sera, por lo general, la que posea una flotabilidad neutra con respecto a la corriente de lquido. Un modo practico de lograr la flotabilidad neutra es el de hacer coincidir la 20 densidad de la partfcula con la densidad del lfquido. Para igualar la densidad de una partfcula de alimento original, la densidad del material de encapsulado 9 de una partfcula de alimento simulada debena escogerse de manera que se tengan en cuenta la densidad y el volumen del transductor 10.

Para determinar la difusividad termica del material de encapsulado 9, la primera etapa consiste en determinar que 25 partfcula de alimento original se calentara mas lentamente en su punto mas fno. Se puede determinar de manera experimental, exponiendo todas las partfculas de alimento originales reales a las mismas condiciones de contorno, al tiempo que se monitoriza su temperatura en sus puntos centrales. Tambien se puede determinar de forma teorica si se conocen las difusividades termicas de todas las partfculas de alimento originales reales. En este caso, se puede usar un software de modelado que emplee un metodo de elementos finitos (FEM) para determinar la partfcula de alimento que se 30 calienta mas lentamente. Una vez que se determina la partfcula de alimento que se calienta mas lentamente, se puede determinar la difusividad termica del material de encapsulado 9.

En la figura 2 se muestran tanto la partfcula de alimento que se calienta mas lentamente 11, como la partfcula de alimento con circuito incorporado 8. Para la partfcula de alimento con circuito incorporado 8, el transductor encapsulado 35 10 se coloca en el medio y se rodea el transductor 10 con el material de encapsulado 9. Si la forma de la partfcula no es una forma irregular, se puede usar la simetna para determinar la difusividad termica del material de encapsulado. En esta forma de realization ejemplar, la partfcula de alimento que se calienta mas lentamente 11 y la partfcula de alimento con circuito incorporado tienen forma de prisma rectangular, como puede ser el caso, por ejemplo, de una zanahoria cortada en dados. Debe entenderse que la forma de la partfcula de alimento con circuito incorporado 8 puede ser tan variada 40 como se desee, y puede incluir formas tanto regulares como irregulares.

En la figura 3, se muestra tanto una partfcula de alimento simulada 15 como una partfcula de alimento componente original 16 que ha sido cortada por la mitad a lo largo de los planos para hacer uso de la simetna. El punto central de la partfcula de alimento 12 es su punto mas fno. Para la partfcula de alimento simulada 15, el punto correspondiente 13 se 45 encuentra dentro del volumen del transductor y el mecanismo de transferencia de calor contenido en el volumen del transductor resulta complejo debido a su naturaleza heterogenea. Por lo tanto, se formula una hipotesis prudente de que la temperatura medida por el transductor 10 es igual a la temperatura en la superficie del transductor 10 cuya distancia a la superficie externa del material de encapsulado 9 es mas corta. En la forma de realizacion ilustrativa que se muestra en la figura 3, la distancia 14 es la distancia mas corta. De este modo, se llega a la hipotesis de que la temperatura medida 50 por el transductor 10 es la misma que la temperatura en la ubicacion 25. Se trata de una hipotesis prudente, ya que el sensor de temperatura contenido en el transductor 10 se encuentra en una capa interna del transductor y la medida de su temperatura sera inferior a la temperatura en la ubicacion 25, mientras se este calentando el transductor. Para sacar provecho de esta hipotesis prudente, la difusividad termica del material de encapsulado 9 se escoge de manera que cuando la partfcula de alimento 16 y la partfcula de alimento simulada 15 se expongan a la misma condition de contorno, 55 la temperatura en el punto 12 sea igual o ligeramente superior a la temperatura real en la ubicacion 25, y se pueda determinar mediante ensayo y error, usando FEM, u otro software adecuado.

La difusividad termica es una funcion de la conductividad termica, la densidad y el calor espedfico, y se puede calcular mediante la siguiente formula:

K

imagen1

en la que a es la difusividad termica, k es la conductividad termica, p es la densidad y Cp es el calor especfico. Ya que la 5 densidad del material de encapsulado 9 se determino con anterioridad, la relacion de la conductividad termica con respecto al calor espedfico se puede calcular mediante los resultados del analisis FEM. El modo en que se aplicara el material de encapsulado depende del material escogido. Es posible usar diferentes materiales de encapsulado y, por lo tanto, diferentes procedimientos de aplicacion para el encapsulado. Independientemente de la manera en que se aplica el material de encapsulado 9, el transductor 10 se puede colocar dentro del encapsulado a discrecion del usuario. 10 Preferentemente, el transductor encapsulado 10 se coloca al menos cerca del centro del encapsulado. Ademas, el transductor encapsulado 10 se puede dejar, segun se desee, al descubierto en la superficie del encapsulado, o dentro del encapsulado.

La partfcula de alimento con circuito incorporado 8 se puede detectar mediante una antena transceptora 24 proxima a la partfcula de alimento con circuito incorporado 8 en ciertos puntos. Debido a que el transductor encapsulado 10 se desplazara en los tubos de procesado del aparato 1 movido por la bomba de sincronizacion 3, y termina en el puesto de rellenado, la antena transceptora 24 se situa preferentemente en las proximidades de los tubos de producto del aparato 1 en ciertas ubicaciones seleccionadas. Debido a que los tubos de procesado convencionales usados en la industria alimentaria estan hechos de acero inoxidable, que bloqueara las senales de radiofrecuencia (RF), los tubos de producto estan provistos preferentemente de un tubo equivalente transparente a la RF, tal como un tubo de vidrio o de polfmero, alla donde se vaya a colocar una antena de RF. El material para el tubo transparente a la RF tambien debena ser resistente a altas temperaturas y presiones. A modo de ejemplo, la figura 5 muestra unos extremos 20 de acero inoxidable (SS) en relacion con un tubo transparente a las senales de RF 21.

La figura 5 continua ilustrando un ejemplo de una antena transceptora de RF 24 adecuada. Se puede usar al menos una estructura de antena 23 dentro de una unica antena transceptora de RF 24. En este ejemplo ilustrativo, la estructura de antena 23 incluye una antena primaria para proporcionar potencia al transductor 10 y una antena receptora para recibir la senal devuelta por el transductor 10, para desarrollar una estructura de antena 23 que funciona como un transceptor. Para maximizar la intensidad de la senal entre la estructura de antena 23 y la antena del transductor 19, las antenas primaria y receptora estan enrolladas alrededor de un tubo hueco 22 con un diametro ligeramente mayor que el diametro del tubo de producto que la recibe. Despues, el tubo hueco 22 se aloja preferentemente en una caja impermeable 26 para protegerlo del ambiente.

Una antena transceptora 24 se coloca alrededor de los tubos de procesado del aparato 1 siempre que se necesite 35 monitorizar una partfcula de alimento 8 para medir una condicion (p. ej., para ID y temperatura). En la figura 1, se muestra una forma de realizacion ilustrativa que incluye cinco antenas transceptoras 24, aunque hay otras configuraciones igualmente posibles.

La colocacion adecuada de las antenas transceptoras 24 facilita la comunicacion correcta y repetible entre cada antena transceptora 24 y un transductor encapsulado 10 que se desplaza en el interior de una mezcla de alimentos que pasa a traves de los tubos de procesado y con los caudales observados normalmente en aplicaciones de esterilizacion de alimentos. Estas ubicaciones se encuentran preferentemente a lo largo de una parte de la ruta del proceso, en un corte transversal concreto de la ruta de proceso sometido a un transceptor, o ambos. Por consiguiente, dichas ubicaciones pueden encontrarse en la entrada de la seccion de calentamiento 5, en la mitad de la seccion de retencion 6 (salida de la seccion de calentamiento 5), en la salida de la seccion de retencion 6 (entrada de la seccion de enfriamiento 7) y en la salida de la seccion de enfriamiento 7, tal como se muestra en la figura 1, o en cualquier otra combinacion que se desee. El numero y la ubicacion de las antenas transceptoras 24 pueden variar segun se desee.

Preferentemente, se proporciona un sistema de registro secuencial de datos para medir, y opcionalmente almacenar o 50 grabar, informacion relativa a al menos una condicion de proceso, medida mediante al menos una partfcula de alimento con circuito incorporado 8. Dicho registro secuencial de datos puede ser continuo, intermitente o presentar combinaciones de ambos, y se preven otras formas de realization de ubicacion y registro secuencial. Por ejemplo, se puede grabar informacion del proceso para ciertas partes de la ruta de proceso y leerla en ubicaciones preestablecidas, o grabarla y almacenarla para una mayona de las rutas de proceso y leerla en un transceptor tras finalizar el proceso y a 55 cierta distancia del espacio de procesado.

En la figura 6 y en la figura 1, se muestran ciertas formas de realizacion de ubicacion y registro secuencial. Cuando una

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partreula de alimento 8 para medir una condicion pasa por una antena transceptora 24, el momento del paso, la temperature del transductor 10 y la ID del transductor 10 se comunican a un ordenador 28 para la monitorizacion y el almacenamiento de datos en tiempo real mediante, por ejemplo, un modulo de comunicacion 27 capaz de comunicarse con un transceptor inalambrico 29 correspondiente. Como alternativa, se pueden usar comunicaciones por cable de 5 manera similar. Cada antena transceptora 24 esta conectada preferentemente a un modulo de comunicacion 27 distinto.

Cuando se transmiten datos al ordenador 28 mediante un modulo de comunicacion 27, el ordenador captura la ID de la antena transceptora 24 por la que esta pasando el transductor 10 en ese momento. El ordenador 28 tambien puede capturar la identificacion (ID) del modulo de comunicacion, si se desea. Estos datos permiten la creacion de un historial 10 de tiempo-temperatura-ubicacion para cada uno de los transductores 10 que pasaron a traves del sistema de procesado. Los datos compilados se pueden usar despues para analizar la variacion en el tiempo de residencia (RTD) y en la temperatura para partfculas de simulacion similares. Esto puede utilizarse para desarrollar un proceso programado para la esterilizacion o la pasteurizacion de productos alimentarios, preferentemente empleando la letalidad acumulada en la seccion de calentamiento 5 del aparato 1, asf como la letalidad acumulada en la seccion de retencion 6. Ademas, la 15 condicion de proceso medida se puede usar para proporcionar un retorno de informacion al menos casi en tiempo real, de manera que se pueda controlar la bomba de sincronizacion 3 o la bomba de contrapresion 25 para variar el tiempo de procesado experimentado por una partfcula de alimento con circuito incorporado 8. De este modo, se pueden evitar ciertas hipotesis excesivamente prudentes relativas a las caractensticas de calentamiento y flujo de alimentos que comprenden partfculas, lo que puede minimizar la cantidad de carga termica presente en el producto mas alla del punto 20 necesario para lograr una esterilidad comercial, lo que mejora potencialmente la calidad organoleptica y el valor nutritivo del producto alimentario. Esto permite optimizar un producto alimentario mediante el uso de los datos de proceso monitorizados.

Se pueden lograr otras optimizaciones del proceso mediante el anterior sistema de procesado. Por ejemplo, ciertas 25 formas de realization de la presente invention pueden resultar adecuadas para monitorizar procesos de panadena y pastelerfa para la elaboration de productos horneados tales como bollerfa, galletas, pan y similares, en hornos de funcionamiento continuo. Durante las operaciones, las partfculas con circuito incorporado 8 se pueden colocar en la superficie de los productos horneados o bajo la misma. De este modo, los datos adquiridos se podnan usar para optimizar procesos termicos tales como los ciclos de calentamiento, enfriamiento y congelation, y para identificar la 30 variabilidad termica en forma de puntos calientes y fnos en el producto y/o el horno.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema para monitorizar al menos una condicion de proceso de un tratamiento termico continuo de una corriente de fluido heterogeneo en movimiento procesada en un intercambiador de calor, y dicho sistema comprende al

5 menos un circuito identificable mediante una senal de radiofrecuencia, al menos un transceptor capaz de comunicarse con dicho circuito, y al menos una partfcula con dicho circuito incorporado, siendo dicha partfcula una de entre una pluralidad de partfculas componentes que fluyen dentro de dicha corriente de fluido heterogeneo, caracterizado porque:

dicho circuito es un circuito integrado de aplicacion espedfica provisto de un sensor de temperatura para medir 10 temperaturas en diferentes ubicaciones en el interior de dicha corriente de fluido heterogeneo;

dicho circuito esta conectado a una antena para enviar una senal de temperatura de radiofrecuencia a dicho al menos un transceptor; y,

15 dicha al menos una condicion de proceso es la temperatura.
2. El sistema de la reivindicacion 1, en el que dicha al menos una condicion de proceso incluye ademas una condicion de proceso seleccionada ente el grupo formado por: pH del lfquido, velocidad de las partfculas, velocidad del lfquido, caractensticas nutricionales del lfquido, presion del sistema, orientacion de las partfculas, posicion de las

20 partfculas y salinidad del lfquido.
3. El sistema de la reivindicacion 1, en el que dicha al menos una condicion de proceso es la temperatura de las partfculas o la temperatura del lfquido.

25 4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha partfcula posee un centro, y en el

que dicho circuito esta ubicado al menos cerca del centro de dicha partfcula.
5. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho circuito esta ubicado en el interior de una partfcula de alimento componente original.

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6. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho circuito esta ubicado en el interior de dicha partfcula, y dicha partfcula emula al menos una caractenstica ffsica, termica o dielectrica de una partfcula de alimento componente original.

35 7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende un sistema de registro secuencial

de datos para medir y almacenar informacion relativa a dicha al menos una condicion de proceso a lo largo de al menos una parte de una ruta del proceso definida por dicho tratamiento termico, en al menos una ubicacion discreta a lo largo de dicha ruta del proceso, o a lo largo de al menos dicha parte de dicha ruta del proceso definida para dicho tratamiento termico y dicha al menos una ubicacion discreta a lo largo de dicha ruta del proceso.

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8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho circuito esta configurado para enviar

mediciones de dicha al menos una condicion de proceso a dicho transceptor para proporcionar un retorno de informacion al menos casi en tiempo real, para controlar al menos una condicion de proceso.

45 9. Procedimiento de medicion de al menos una condicion de proceso de un tratamiento termico continuo, en

el que dicho procedimiento comprende las etapas de: provision de al menos un circuito identificable mediante una senal de radiofrecuencia; y, disposicion de dicho circuito en el interior de una corriente de fluido heterogeneo en movimiento, asociada con dicho tratamiento termico continuo o por lotes, caracterizado porque:

50 dicho al menos un circuito es un circuito integrado de aplicacion especfica provisto de un sensor de temperatura integrado y dicho circuito esta conectado con al menos una antena; y

dicho procedimiento comprende la medicion de temperaturas en diferentes ubicaciones dentro de dicha corriente de fluido heterogeneo en movimiento y el envfo de senales de radiofrecuencia que contienen informacion relativa a dichas 55 temperaturas medidas.
10. El procedimiento de la reivindicacion 9, que ademas incluye la etapa de utilizacion de dichas temperaturas

medidas para proporcionar informacion de retorno al menos casi en tiempo real para controlar dicha al menos una condicion de proceso.
11. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, que incluye ademas la etapa de medicion

de dicha al menos una condicion de proceso en un proceso de calentamiento por resistencia o radiacion.

5 12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, que incluye ademas la etapa de

incorporacion de al menos un circuito en al menos una partfcula en el interior de dicha corriente de fluido heterogeneo en movimiento, y en el que dicha corriente de fluido heterogeneo en movimiento posee una pluralidad de partfculas componentes.

10 13. El procedimiento de la reivindicacion 12, en el que dicha partfcula emula al menos una caractenstica de

una partfcula componente original, seleccionada entre el grupo formado por caractensticas ffsicas, termicas y dielectricas.
14. El procedimiento de la reivindicacion 9, en el que dicho tratamiento termico se selecciona entre el grupo 15 formado por el tratamiento de esterilizacion, el tratamiento de pasteurizacion y el tratamiento de conservacion.
15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, que ademas incluye la etapa de registro secuencial de dichas temperaturas medidas a lo largo de al menos una parte de una ruta del proceso definida para dicho tratamiento termico, en al menos una ubicacion discreta a lo largo de dicha ruta del proceso, o a lo largo de dicha parte

20 de dicha ruta del proceso definida para dicho tratamiento termico y dicha al menos una ubicacion discreta a lo largo de dicha ruta del proceso.