Diseño de un sistema de control y alimentación inalámbrica para la medición en tiempo real de temperatura, presión y contenido humedad en un horno con cámara de vacío para el secado de frutas

Abstract

Los alimentos frescos cuentan con un alto nivel de agua y por son propensos a contaminación microbiana. Los procesos de secado pueden reducir el contenido de agua, y dependiendo la técnica, también menores niveles de actividad microbiana. El secado con cámara de es de los procesos más utilizados porque permite menores tiempos de secado ya menor temperatura. Por otro lado, los trabajos que usan el efecto de inducción electromagnética en hornos de secado se limitan a aplicarlo para el calentamiento por inducción, además de que estos hornos no cuentan con cámara de vacío. Se propone un sistema de control y alimentación inalámbrica para el proceso de secado con cámara de vacío de frutas, con el sistema propuesto se obtienen datos en tiempo real. Se usa la normativa VDI 2221 como metodología de diseño, con la cual se comprendió los requerimientos del sistema de control y alimentación inalámbrica, se destaca el uso necesario de dos placas de desarrollo con microcontroladores y el uso de materiales que permitan el paso de ondas de radiofrecuencia para la transferencia de información y campos magnéticos variables para la transferencia de energía inalámbrica. Los componentes eléctricos del sistema de alimentación y control propuesto son: el generador de tren de pulsos, la bobina emisora y receptora, el diodo Schottky y los convertidores DC-DC. El material usado entre las bobinas es vidrio porque permite el paso de campos magnéticos variables, esto es necesario para que produzca el efecto de inducción electromagnética. El Arduino Micro, ubicado en el interior de la cámara de vació, está conectado a los sensores temperatura, contenido de humedad y presión. La transferencia de datos del Arduino Micro al Arduino Uno, este último ubicado afuera de la cámara de vació, se da de manera inalámbrica usando dos módulos transceptores nRF24L01 separados por vidrio dado que este material permite el paso de ondas de radiofrecuencia. Con los datos procesados por el Arduino Uno, se controla la resistencia calentadora, bomba de vacío y válvulas; componentes necesarios para extraer aire de la cámara de vacío y obtener la presión deseada. Finalmente, se comparó los datos experimentales con modelos matemáticos de temperatura y contenido de humedad del proceso de secado de manzanas y plátanos, a las presiones de 20kPa y 5kPa, respectivamente. Ante el desfase observado entre estos, se destacó la importancia de obtener datos en tiempo real de temperatura y contenido de humedad, además de su impacto en el proceso de secado con cámara de vacío.