Ai-es, Industry-4-0-es 6 octubre 2022

Detección de defectos en lomos de pescado mediante visión artificial y deep learning

deteccion de defectos en pescados
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La tecnología de visión artificial asistida por deep learning es un importante aliado para las fábricas procesadoras y distribuidoras de pescado que posibilita inspeccionar el 100% de la producción para garantizar altos estándares de calidad y de seguridad alimentaria del producto que llega finalmente a la mesa de los consumidores.

El nuevo sistema Visum DeepSight Loins™ de IRIS Technology, es un sistema de visión artificial concebido para la detección de defectos físicos superficiales en lomos de pescados frescos y congelados que permite automatizar la inspección de los lomos, cuantificar, clasificar y rechazar las no conformidades para garantizar una calidad superior del producto final.

Visión Artificial y Deep Learning

Mientras que los sistemas de visión artificial tradicionales aprenden a clasificar y reconocer características de un conjunto de imágenes históricas para poder predecir y clasificar correctamente otras nuevas, las redes neuronales de aprendizaje profundo o el deep learning son capaces de aprender características de los píxeles (individuales y en grupo) y tienen una capa de entrada (la imagen en bruto), una serie de capas intermedias que están interconectadas para simular cómo funciona un cerebro biológico, y una capa de salida que proporciona una clasificación/predicción. Las redes neuronales del deep learning son especialmente buenas para aprender características complejas y segmentar una imagen a diferentes niveles de abstracción (bordes, diferentes colores, formas, objetos), incluyendo el ruido y la información probabilística.

La visión artificial tradicional que no utiliza este enfoque suele procesar imágenes pero no aprende de los datos, como las cámaras de imagen térmica, los sensores de detección de movimiento, los sensores de intensidad de luz, entre otras.

Detección de defectos en lomos de pescado frescos y congelados

El sistema DeepSight Loinses capaz de detectar numerosos defectos en lomos de pescado como por ejemplo hematomas, manchas de sangre, el gapping (es decir, aperturas o desgarros en la musculatura), restos de piel, espinas superficiales u otros cuerpos extraños superficiales que puedan llegar a la línea de procesamiento. También trae incorporada la funcionalidad de medición de color bajo estándares internacionales CIELAB o L*a*b* que es importante como parámetro de calidad tanto a nivel superficial como relativo a la frescura del pescado.

DeepSight Loins™ posee una alta protección IP para facilitar la limpieza de la línea y trae incorporado un sistema  antirreflectante y antihumedad que permite operar con total normalidad tanto en lomos de pescados frescos como congelados.

Usabilidad, Operación y Comunicación

El sistema Visum DeepSight Loins incorpora 2 niveles de usuario: “Administrador” para la modificación de configuraciones, modo de trabajo, ajustar la sensibilidad del rechazo o la toma de referencias y “Operario” para el modo de operación automática del dispositivo.

El sistema se complementa con un rechazo por trampilla que permite la expulsión de unidades no conformes para su reprocesamiento o control por parte de los operarios.

La información y resultados de los análisis como la cuantificación de defectos y rechazos por clase, información del lote y la cantidad de productos inspeccionados se pueden visualizar en el propio módulo de computación que trae incorporado, en un ordenador conectado a la red o en el mismo sistema de gestión de información de la planta. Además, permite exportar informes generados automáticamente y en distintos formatos.

La funcionalidad de ajuste de sensibilidad es una herramienta fundamental para calibrar el nivel de rechazo del dispositivo ante determinados defectos y regular así el funcionamiento operativo del sistema sin ocasionar inconvenientes a la capacidad productiva de la línea.

Para más información sobre el dispositivo y consultas escríbenos a info@iris-eng.com

Por IRIS Technology Solutions
Environment-es, Industry-4-0-es 22 septiembre 2022

Clasificación y cuantificación de residuos orgánicos

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Clasificación y control de residuos orgánicos en la producción de biogás

En el presente artículo hablaremos de cómo es posible optimizar el tratamiento de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos que se emplean en la producción de biogás con tecnología hiperespectral para mejorar la calidad y el rendimiento del biometano, en base a la aplicación que IRIS Technology ha desarrollado para la Planta de Biometanización de las Dehesas (FCC), en Madrid en base a su sistema clasificador de residuos orgánicos Visum HSI™.

La problemática de la separación de los residuos orgánicos

Tan sólo en el último año, la economía española ha generado más de 138 millones de toneladas de residuos, de los cuales sólo un 15% fueron reutilizados para fabricar nuevos productos, subproductos o materias primas. Además, España sigue estando por debajo del objetivo comunitario de reciclar un 50% de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) estipulado también en la Ley 22/2011 de residuos y suelos contaminados. A pesar de que algunas comunidades han logrado alcanzar altas tasas de reciclaje, los residuos orgánicos siguen siendo unos de los principales dolores de cabeza para la Administración y las plantas de tratamiento de residuos y reciclaje.

Esto se debe a que gran parte de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORS) está contaminada con materiales inorgánicos, principalmente producto del packaging – otro de los grandes retos del reciclaje – y los plásticos, donde las tecnologías de clasificación óptica y de espectroscopía se han convertido en grandes aliados.

La producción de biogás

Uno de los principales destinos para la reutilización y revalorización de los residuos orgánicos es la producción de biogás, el cual se convierte en las plantas de biometanización en biometano, un tipo de gas apto para su inyección y comercialización en la red de gas cumpliendo determinados estándares de calidad y seguridad. En estas plantas, como la de las Dehesas en Madrid, se realiza un tratamiento de la fracción orgánica de los residuos sólidos para evitar altos porcentajes de “impropios” (presencia de inorgánicos) que una vez en los biodigestores, no puedan ser aprovechados en el proceso de fermentación y en consecuencia se obtiene como resultado una calidad y un rendimiento subóptimo del proceso y del producto final.

Para ello, desde IRIS Technology y en el marco del proyecto europeo Scalibur, se instaló un sistema de imágenes hiperespectrales HSI en la línea de FCC a los fines de poder cuantificar y clasificar los residuos según sean orgánicos o inorgánicos. Más allá de los distintos controles intermedios, la remoción de voluminosos, bolsas plásticas, etc. conocer el porcentaje de residuos orgánicos es un parámetro clave para ajustar el proceso biológico que tiene lugar en los digestores.

Scalibur_HSI

Separación de residuos orgánicos e inorgánicos

El Sistema clasificador de residuos orgánicos Visum HSI™, permite obtener datos en tiempo real del % de orgánico e inorgánico, como así también localizar en la cinta transportadora los distintos componentes, conocer la composición media del residuo, monitorizar la evolución de la composición del residuo en el tiempo y extraer información útil para la toma de decisiones a nivel de la gestión de residuos y de producción y circularidad.

Monitorización y control de residuos

La implementación del sistema HSI ha permitido a FCC monitorizar en tiempo real los residuos de forma tal de mejorar el flujo correspondiente a la fracción orgánica y, en consecuencia, un proceso de fermentación con menor nivel de impurezas, maximizando los parámetros claves del proceso de fermentación.

Para más información sobre este proyecto y la tecnología, puede consultar el sitio web de Scalibur o escribirnos a nuestro correo: news@iris-eng.com

Por IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-es 5 septiembre 2022

Control en tiempo real de biocombustibles con espectroscopía NIR

Bioetanol y NIR
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En el presente post hablaremos de la monitorización con espectroscopía NIR del proceso de producción de bioetanol y cómo el NIR en línea es un importante aliado para controlar en tiempo real los resultados de la fermentación, la calidad o pureza final, los inhibidores del proceso y otros analitos de interés para la elaboración de subproductos de alto valor agregado para la industria.

El bioetanol

El bioetanol es un tipo de combustible obtenido a partir de la fermentación de materia orgánica rica en azúcares y almidón, como por ejemplo el maíz, la remolacha, la caña de azúcar, entre los más populares que se emplean en el mundo. Incluso, se puede producir a partir de residuos sólidos urbanos y biomasa sin valor alimentario, conocido como bioetanol de “segunda generación” o bioetanol lignocelulósico, el cual resuelve la problemática añadida de darle un destino productivo y valor añadido a la basura orgánica que desechamos, convirtiéndola en biocombustible.

 

Producto de la acción de levaduras y enzimas en el proceso de fermentación, y luego de la destilación, se obtiene bioetanol para su empelo como biocombustible y su mezcla con combustibles de origen fósil. Del resto de los componentes se obtienen subproductos que pueden cambiar dependiendo de la materia prima utilizada en el proceso, por ejemplo, de la molienda seca se puede obtener alimento para animales por su alto contenido proteico o bien otros subproductos de la molienda húmeda como el aceite de maíz, jarabes, por mencionar algunos. También, de la biomasa lignocelulósica se obtienen subproductos para su reutilización en otras industrias, como el metanol y el ácido acético.

Control de calidad del proceso de producción de bioetanol

El control de calidad del bioetanol es muy importante para asegurar la pureza del producto resultante del proceso y la valorización de subproductos para reutilizar en otras industrias. En la mayoría de biorrefinerías, el control de azúcares reductores (glucosa) y etanol se realiza mediante técnicas analíticas de forma offline, es decir, en el laboratorio, mediante cromatografía líquida de alta precisión (HPLC) que insume tiempo y recursos, o con espectroscopía NIR de mesa, que a diferencia del HPLC ofrece resultados precisos en sólo segundos pero que no deja de ser un método de muestreo no representativo y fuera de línea.

Bioetanol y NIR en línea

No obstante, pocas biorrefinerías han apostado a la introducción de tecnología NIR en línea para monitorizar el proceso de fermentación, destilación, la acción de inhibidores del proceso o el control de subproductos.

En este sentido, IRIS Technology, ha desarrollado varias aplicaciones para el control de procesos en biorrefinerías mediante el empleo del analizador Visum NIR In-Line y el NIR portátil (de mano) Visum Palm.

Tabla 1: Predicción del contenido de glucosa y etanol en línea utilizando un analizador Visum NIR In-Line ™.

Bioetanol y NIR

La tabla 1 expone los principales parámetros, rangos y fases de la producción en la fabricación de bioetanol de origen lignocelulósico llevado a cabo en la planta Perseo Biotechnology de IMECAL donde se transforman residuos sólidos urbanos en bioetanol.

También, se monitorizó el proceso de deslignificación de la biomasa lignocelulósica, para liberar a la celulosa de la hemicelulosa y de la lignina y lograr así la despolimerización de los hidratos de carbono para producir azúcares simples y la fermentación para producir etanol.

Tabla 2: El proceso de pretratamiento consiste en una combinación de la organosolvation con steam explosion (realizado por LTU, Lulea Univ. of Technology). Parámetros que se monitorizaron: Contenido en lignina, celulosa y hemicelulosa.

Bioetanol y NIR

Otra aplicación desarrollada en el marco de este proyecto fue la monitorización mediante Visum NIR In-Line del proceso de obtención de azúcares reductores a partir de la hemicelulosa presente en residuos lignocelulósicos. En particular, se demuestra que es posible controlar factores inhibidores del proceso de fermentación, como el caso de ácido acético.

Tabla 3: Parámetros que se monitorizaron: Contenido en xilosa, glucosa, ácido acético.

Bioetanol y NIR

Las instalaciones y ensayos realizados demuestran la efectividad y la importancia de introducir la tecnología NIR en línea en biorrefinerías para poder tener un control más preciso de las diferentes fases del proceso de obtención de bioetanol, lograr una mayor calidad y por ende incrementar la eficiencia de los biocombustibles.

Por IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-es 10 agosto 2022

NIR hiperespectral: Aplicaciones en la Industria Alimentaria

Industria Alimentaria
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En el presente artículo abordaremos aplicaciones transversales de la tecnología NIR hiperespectral en la industria alimentaria con el objetivo de interrogar nuestro proceso productivo actual y plantearnos formas efectivas de optimizarlo con tecnología en línea. No nos detendremos en detalle en cada una de las aplicaciones, pero si te interesa conocer más, puedes leer la siguiente entrada donde vemos un caso de aplicación en bollería frita para mitigar variaciones de grasa indeterminadas en el proceso y optimizar el empleo de materia prima.

 

No obstante, la tecnología NIR hiperespectral de IRIS Technology, Visum HSI abre una enorme ventana de aplicaciones a la industria en materia de control de procesos, calidad y seguridad alimentaria con un sistema industrial óptico que es capaz de monitorizar químicamente cada unidad de producto en tiempo real y determinar una gran cantidad de parámetros físicos y químicos en simultáneo. Una cámara hiperespectral equivale, en la práctica, a tener un espectrofotómetro en cada píxel.

Visum HSI™: Imagen química pixel por pixel y con resolución espacial

Industria Alimentaria

Industria frutihortícola

En dicha industria existen numerosos controles no destructivos que pueden efectuarse con tecnología NIR hiperespectral. Entre ellos podemos mencionar ºBx, almidón, materia seca que son parámetros relevantes para establecer el grado de madurez y la comercialización de productos frescos, como así también pH, acidez, contenido de grasa, humedad o sólidos solubles que son parte de los controles habituales en la industria y que actualmente, como en la mayoría de la industria, se realizan mediante técnicas tradicionales offline (muestreo y laboratorio).

 

Así mismo, la tecnología NIR hiperespectral es efectiva para determinar la textura por niveles, detectar y rechazar  cuerpos extraños en la línea y para clasificación o sorting. En términos generales, son sistemas que pueden aprender de un criterio cuantitativo de referencia o de un experto humano al momento de controlar determinado proceso. Por ello y al ser un método de control no destructivo, es una excelente alternativa para clasificar y seleccionar productos en función de su composición de forma totalmente automatizada, aportando mayor valor al producto final por ejemplo, si se quiere crear una línea premium.

Pescados y mariscos

Cada vez son mayores y más exigentes los controles de seguridad alimentaria para todos los productos provenientes del mar. En este contexto, la tecnología NIR hiperespectral Visum HSI en línea facilita la detección de cuerpos extraños provenientes del fondo marino, como conchas, piedras, otros artrópodos, fragmentos de red, entre otros, que visualmente son poco diferentes del producto a ser procesado y que, por lo tanto, pueden escapar a la inspección visual, o bien que por su baja densidad, no hay detectores útiles en el mercado. También es posible detectar residuos de embalaje plásticos, así sean transparentes en filetes y rodajas de pescado. Además de poder determinar cuantitativamente una gran cantidad de parámetros analíticos en simultáneo (grasas, proteínas, acidez, entre otros), es capaz de detectar y clasificar la aplicación de sulfitos o conservantes y el grado de frescura.

Por si te lo estás preguntando, la tecnología NIR Hiperespectral, al menos a 2022 y ninguna otra de mercado que sea en línea y en contínuo, es efectiva para cuantificar histamina a los niveles que requiere la industria y la normativa (<50 ppm).

En la siguiente entrada podrás leer más sobre la detección de cuerpos extraños con nuestros sistemas hiperespectrales.

Frutos secos, granos y legumbres

En frutos secos (almendras, pistachos, cacahuetes, entre otros tantos) es posible reemplazar análisis convencionales de laboratorio y combinar éstos con técnicas de visión por espectroscopía de imagen en línea. Esto es útil para realizar en tiempo real el control de parámetros químicos como humedad, grasa, fibras, acidez, como así también para detectar y separar cuerpos extraños: un maíz que apareció en la línea, maderas, plásticos, piedras. Para defectos visibles como son el manchado, apolillado, otros defectos del grano o frutos con piel, se requiere complementar con un sistema de visión artificial, como por ejemplo, Visum DeepSight.

Panificación y Bollería

Hemos tratado este tema especialmente en nuestro blog, haciendo foco en el control de la grasa, un insumo crítico por costes para el fabricante, tendencias de los consumidores y sabor y textura de los alimentos. No obstante, la tecnología Visum HSI™ puede monitorizar unidad a unidad de producto otros parámetros críticos, como la humedad o el contenido de azúcar y lo que es más importante, interactuar a través del PLC de la línea con maquinaria y el sistema de gestión de la planta para corregir cualquier desviación o simplemente para probar cambios en el producto y medir sus resultados inmediatamente a los fines de optimizar.

En conclusión, la tecnología hiperespectral acompañada del gran avance en los sistemas ópticos de los últimos años, abre una gran cantidad de oportunidades para la industria alimentaria tendientes a reforzar el control de calidad y seguridad alimentaria, detectar anomalías en línea y mejorar el producto u optimizar la receta.

Espero que este artículo sobre la tecnología NIR hiperespectral en la industria alimentaria  haya sido de utilidad y aplicabilidad.  Como siempre, os invitamos a hacernos llegar sus consultas, comentarios y sugerencias a nuestro correo electrónico news@iris-eng.com.

Por IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-es 26 julio 2022

Detección de cuerpos extraños en la línea de producción

Detección de cuerpos extraños
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En la presente entrada abordaremos un problema recurrente y transversal en la industria relativo a la inocuidad y seguridad alimentaria: la presencia de cuerpos extraños en la línea de producción y veremos cómo podemos prevenir que esto ocurra con técnicas viables a nivel industrial como la espectroscopía de imagen o también conocida como NIR hiperespectral o Hyperspectral Imaging (HSI).

Detección de cuerpos extraños

¿Qué entendemos por cuerpos extraños?

En términos generales, para los fabricantes, “cuerpo extraño” es todo aquello que no debe estar en la línea de producción, bien sea un elemento orgánico (hueso, piel, cáscaras, otros alimentos que no sean el producto a envasar, trozos de madera, astillas por mencionar algunos) o elementos inorgánicos como los metales, tornillos, plásticos, cartón, papel, etc. La norma es que todo lo que no sea producto, no debe estar allí, ya que supone un problema que puede alterar la calidad del producto final y por consiguiente generar pérdidas económicas, como así también es un riesgo para la salud de los consumidores y la imagen de la empresa.

Estado del arte en la materia

Hasta ahora, el control de cuerpos extraños en la gran mayoría de industrias, sean o no alimentarias, se viene realizando mediante inspección visual. Es decir, con operarios en la línea de producción mirando el flujo de producto y extrayendo aquellos cuerpos extraños que puedan colarse durante el proceso de fabricación. Por un lado, los sistemas de detección por rayos X que ya se han implementado en prácticamente todas las industrias, nos garantizan que no van a pasar elementos conductivos, es decir, metales, pero no nos exime de que pasen por la línea elementos no conductivos y de baja densidad como son los plásticos, papeles, cartones, piedras, vidrios, gomas, entre otros, que pueden aparecer y que son indetectables con dicha tecnología.

 

Por otro lado, la visión artificial tradicional, para la detección de cuerpos extraños, tiene importantes limitaciones ante la enorme variabilidad que puede haber en cuanto a tipos, forma, color o tamaño que resulta en una ratio elevado de falsos positivos (producto “bueno” rechazado). No obstante, en un plano más contemporáneo, la visión artificial asistida con deep learning o algoritmos de aprendizaje automático es una tecnología que tiene sus bondades en determinados puntos de la línea, como por ejemplo en el envasado, donde es útil para detectar la presencia de determinados contaminantes físicos.

Detección de cuerpos extraños con NIR hiperespectral

Si tenemos que decir que a 2022 hay una tecnología lo suficientemente madura, de fácil integración en línea y económicamente viable para detectar cuerpos extraños, es la tecnología NIR hiperespectral. 

Esta tecnología consiste en una ampliación de la visión artificial tradicional en dos sentidos: Primeramente, en vez de los tres canales de color habituales en la visión artificial, la imagen hiperespectral emplea hasta centenares de canales, gracias a lo cual permite apreciar sutilísimas diferencias.  En segundo lugar, las cámaras hiperespectrales que incorporan estos sistemas suelen contar con un rango espectral ampliado más allá del visible, o sea, hacia el infrarrojo, en el que la composición química se manifiesta con mucha más evidencia que en el rango visible. 

Por todo ello, la imagen hiperespectral puede considerarse como un cambio de paradigma en cuanto a los sistemas de visión y como una fuente de datos abundantes y de alta calidad para alimentar los sistemas de visión basados en algoritmos de inteligencia artificial. En la práctica, disponer de una cámara hiperespectral equivale a tener un espectrofotómetro en cada píxel, es decir, que permite obtener información química de la composición del producto píxel a píxel y unidad a unidad de producto, brindando una imagen clara de toda el área inspeccionada y distinguiendo según su composición química lo que es producto y lo que no lo es, independientemente su forma, tamaño o tipología. Tiene una limitación; al trabajar con luz y como ésta tiene una penetración mínima en la materia, todo lo que no sea superficial no será detectado. Para evitar que esto ocurra, en IRIS Technology, integramos vibración o velocidad para generar dispersión del producto en el tramo donde se ubica el sistema de detección hiperespectral. 

El sistema Visum HSI™ puede trabajar a una velocidad de hasta 50 m/min detectando cuerpos extraños de hasta 3 mm² y con una densidad mínima de 0.7g/cm³. Se trata pues, de una solución de “compromiso” entre velocidad de la línea, potencia de procesamiento y tamaño mínimo detectable.

Detección de cuerpos extraños

Visible NIR y composición química

Los sistemas llave en mano de IRIS Technology, como el analizador Visum HSI™, pueden operar en dos rangos espectrales, Vis-NIR (400 a 1000 nm) o SWIR (900-1700 nm). La aplicación de una cámara u otra en el sistema hiperespectral dependerá de la necesidad del fabricante. Si se trata sólamente de detectar cuerpos extraños, se empleará una cámara Vis-NIR ya que en dicho rango hay suficiente información química para detectar lo que es producto y lo que no lo es. Por el contrario, si además se desea cuantificar o clasificar parámetros de composición del producto distintos a la humedad, como pueden ser grasas, proteínas, fibras, acidez u otros parámetros, se empleará una cámara que trabaje en el rango SWIR para obtener resultados fiables y robustos como los del laboratorio.

Algunas aclaraciones finales

Es importante destacar que la tecnología hiperespectral no sirve para detectar cuerpos extraños que se encuentren en el interior del producto, independientemente del producto de que se trate, ya que como mencionamos anteriormente, la luz tiene una penetración mínima. 

 

Aunque no es objeto de este artículo, creemos que es importante aclarar que la tecnología hiperespectral tampoco es útil para la detección de actividad microbiológica en las concentraciones y límites que exigen los organismos regulatorios (ppm), donde la única técnica analítica viable sigue siendo el swap o Elisa.

 

Por lo tanto, en IRIS Technology invertimos constantemente en I+D para aumentar las capacidades analíticas de nuestros sistemas, así como para desarrollar soluciones avanzadas que sean fiables y viables de integrar en la línea de producción.

Por IRIS Technology Solutions

El 60% de los films empleados en el packaging alimentario

Las estructuras de films multicapa han permitido en los últimos años extender sus aplicaciones en el envasado de productos alimentarios, permitiendo conservar las cualidades organolépticas y nutricionales del producto de forma óptima. Hoy en día, más del 60% de los films empleados en el packaging alimentario, son films multicapa transparentes que se obtienen a partir de la coextrusión y donde las distintas capas poliméricas responden a determinadas necesidades: barrera contra el agua, vapor de agua, temperatura, sellabilidad, resistencia mecánica, entre otras.

El espesor del film y su uniformidad es un parámetro crítico para controlar cambios en la estructura sin resignar los requisitos de rendimiento de la misma y por ello el control en línea del espesor adquiere gran importancia para los diseñadores y fabricantes de films multicapa. Hasta ahora, este control se ha venido realizado con métodos offline y no compatibles con la producción en continuo, como ser mediante el empleo de un micrómetro o microscopía óptica.También existen en el mercado sensores para controlar la uniformidad de films de una capa, pero no hay ninguna herramienta que sea realmente eficaz en términos industriales y tecnológicos para el control del espesor de films multicapa y garantizar su uniformidad.

La tecnología patentada del sensor Visum Thickness es una herramienta para el control del espesor monopunto o multipunto de films multicapa traslúcidas finas, capa a capa, espesor total y en tiempo real.Gracias a esto es adecuado para recubrimientos de distinto color sobre sustratos de  distinta naturaleza y por lo que tiene usos potenciales en los envases de barrera multicapa, pero también textiles recubiertos, metales, entre otros.

Algunas características adicionales de Visum Thickness™:

  • No requiere calibración.
  • Número de capas: sin límite.
  • Tamaño del spot: 5 mm. 
  • Inspección: monopunto o multi-punto.
  • Rango de distancia sonda-película: 5-30 cm
  • Dimensiones:  300 x 200 x 150 mm3 
  • Peso: 7 kg 
  • Alimentación: 240 VAC, 100 W 
  • Funcionamiento: esclavo o continuo.
  • Comunicación: Wifi / Ethernet / Profinet / Profibus
  • Software Visum ®
  • Ordenador embebido

IRIS Technology es líder en Europa en el desarrollo y fabricación de soluciones industriales con tecnologías fotónicas aplicadas.

Para más información, escríbenos a info@iris-eng.com

Por IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-es 14 julio 2022

WhiteCycle: La gran apuesta de Europa para reciclar más de 1,8 millones de toneladas de residuos textiles de plástico anuales.

textiles de plástico
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¿Qué es WhiteCycle?

El pasado 1 de julio, se puso en marcha el proyecto WhiteCycle con el objetivo de desarrollar una solución circular para convertir los residuos textiles de plástico en productos de alto valor añadido. Este proyecto europeo sin precedentes, es coordinado por Michelin y está conformado por un consorcio de 17 entidades públicas y privadas, cofinanciado por el programa Horizonte Europa de la Comisión Europea. IRIS Technology, es un miembro fundamental del consorcio como líder europeo en el diseño de sistemas ópticos avanzados.

Objetivos de WhiteCycle

Se espera que para el 2030 WhiteCycle adopte y despliegue una solución circular que permita reciclar de forma anual más de 2 millones de toneladas de residuos plásticos textiles, particularmente, del tercer plástico más utilizado que es el PET (Polietileno Tereftalato). De esta manera se estima reducir las emisiones de CO2 en unos 2 millones de toneladas anuales y evitar el vertido o la incineración de más de 1,8 millones de toneladas de plástico cada año.

Actualmente aquellos residuos complejos con contenido textil (PET) que proceden de varios sitios como podrían ser ropa multicapas, mangueras o neumáticos son complicados de reciclar. Sin embargo, pronto todos estos productos podrían ser reciclables gracias a los resultados del proyecto. Gracias al proyecto WhiteCycle, la materia prima del PET 2 podría volver a utilizarse para crear productos de alto rendimiento. Esto sería posible gracias a una cadena de valor circular y viable.

Este proyecto desarrollará procesos necesarios en toda la cadena de valor industrial.

 Crear y/o utilizar tecnologías innovadoras de clasificación. Esto permitiría un aumento del contenido de plástico PET de los complejos flujos de residuos complejos para poder llegar a procesarlos mejor.

  • Con el PET recuperado se haría un pretratamiento para su contenido. A continuación, se realizaría un proceso innovador que se basa en enzimas de reciclaje para descomponer en monos puros y en monómeros puros de forma sostenible.
  • Repolimerización de los monómeros reciclados en un plástico nuevo.
  • Fabricar y verificar la calidad de los nuevos productos producidos con materiales plásticos reciclados.

WhiteCycle recibe un presupuesto global de 9,6 millones de euros y recibe financiación europea por un valor aproximado de 7,1 millones de euros. Las empresas que participan al proyecto se encuentran en cinco países:

  • Alemania: DITF, Estato, IPoint
  • España: IRIS Technology Solutions, Inditex
  • Francia: Axelera, Carbios, Dynergie, ERASME, IFTH, Michelin, PPRIME, Synergies TLC,UNIV POITIERS 
  • Noruega: HVL, Mandals
  • Turquía: Kordsa

El rol de IRIS Technology en White Cycle

Desde hace tiempo existe la necesidad urgente de desarrollar una solución circular definitiva para la industria que permita transformar los complejos residuos de plásticos textiles en productos de mayor  valor añadido (plástico nuevo para mangueras, neumáticos y ropa).

Como líder europeo en el diseño de sistemas ópticos avanzados, IRIS Technology dirigirá el desarrollo del sistema capaz de monitorizar en tiempo real e identificar los residuos PET textiles para su reciclaje. Al efecto, IRIS implementará la tecnología NIR hiperespectral mediante el empleo del analizador industrial Visum HSI™, el cual emplea espectroscopía de imagen 2D y extrae información química pixel a pixel y unidad a unidad de producto que pasa sobre la línea, a los fines de detectar la composición química, su contenido y su distribución espacial.  Finalmente el sistema HSI para la detección y clasificación de residuos textiles plásticos se validará a escala industrial para propiciar su incorporación en líneas de reciclaje en toda Europa.

Por IRIS Technology Solutions
Digitalization-es, Environment-es, Industry-4-0-es 22 junio 2022

Identificación y caracterización de polímeros con tecnología NIR portátil

plástico
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La industria del reciclado plástico presenta una enorme complejidad para la separación de los distintos tipos de polímeros y entre las técnicas más difundidas para ello se encuentran las espectroscópicas. No hablaremos en este artículo de todas ellas, ya que implicaría sumergirnos en el mundo de la I+D, las nuevas tecnologías de detección en línea y sus limitaciones prácticas o económicas intentando alcanzar los estándares aspiracionales en materia de reciclaje y circularidad de la Unión Europea.

 

No obstante y siguiendo un enfoque eminentemente práctico, una manera ágil y efectiva de identificar distintos compuestos o mezclas plásticas para reciclaje o su reutilización industrial, es a través de la espectroscopía NIR. Esta técnica se basa en la interacción de la luz con la materia y permite observar las diferentes absorbancias producidas por las vibraciones de los enlaces entre los átomos de los polímeros. Como resultado, se obtiene un espectro característico de cada tipo de plástico que permite, mediante un modelo predictivo de machine learning, cuantificar y clasificar.

El analizador NIR portátil Visum Palm™

El analizador Visum Palm™, es un equipo NIR portátil que opera en el rango SWIR (1-1.7 μm), que es especialmente adecuado para realizar con éxito caracterizaciones cuantitativas (composición) y cualitativas (identificación y clasificación) de una gran variedad de materiales y mezclas. Por esta razón, el empleo del Visum Palm conlleva importantes ahorros de carga de trabajo analítico y sustanciales reducciones de tiempo de espera.

 

Complementariamente, su naturaleza ubicua –debido a su portabilidad- y la posibilidad de programarlo para determinar múltiples parámetros a la vez, permite utilizarlo en una gran variedad de tareas analíticas a pie de línea de producción, en almacenes de logística e incluso para estudios de investigación aplicada y el desarrollo de modelos propios que ha realizado AIMPLAS, referencia en el sector del plástico en España.

 

Características principales y ventajas genéricas de la espectroscopía en el SWIR:

  • Determinación de múltiples parámetros con un único instrumento.
  • Análisis en tiempo real y en continuo para la corrección automática e instantánea de los parámetros de proceso.
  • Determinaciones no destructivas y sin preparación de muestra.
  • Excelente repetibilidad.
  • Su uso no requiere de operarios cualificados.

 

Si bien existen varios equipos NIR portátiles en le mercado, es fundamental tener en cuenta el rango espectral con el que trabaja el equipo y el tamaño del spot (punto de medición) para asegurar representatividad de la lectura respecto a la muestra el Sistema Visum Palm™ introduce un spot de 10mm y un potente espectrofotómetro que trabaja en el rango 900-1700 nm.

Identificación y clasificación de polímeros en la Industria

El equipo Visum Palm™ incluye una librería de modelos para la lectura y determinación a pie de línea, sin preparación de muestras  y en pocos segundos que permite caracterizar un gran número de polímeros, entre ellos PET (polietileno tereftalato), HDPE (polietileno de alta densidad), LDPE (polietileno de baja densidad), PP (polipropileno), PS (poliestireno), PVC (vinílico o cloruro de polivinilo, PC (policarbonato), ABS (acrilonitrilo butadieno estireno), por mencionar algunos, incluidas mezclas más complejas.

 

La identificación y separación es importante en la fabricación de polímeros, ya que para reprocesar residuos plásticos los fabricantes deben asegurarse que los materiales plásticos sean lo más puros y limpios posibles y por supuesto, de ello depende el precio que los fabricantes pagan a los recicladores por los residuos plásticos que les proveen. Además, niveles bajos de impurezas ya pueden afectar considerablemente la calidad y el rendimiento de un lote completo de reciclado. En este contexto, las técnicas de espectroscopía combinadas con modelos de machine learning, permiten introducir importantes automatismos y controles de calidad sensibles a las necesidades de la industria.

Por IRIS Technology Solutions

Aplicaciones de la tecnología NIR en tableros de partículas

La industria de la madera y en particular, la fabricación de paneles de madera, presenta enormes ventajas para la introducción de técnicas fotónicas como la espectroscopía de infrarrojo cercano (NIR) en las distintas fases del proceso productivo que hoy se controlan de forma mecánica, aleatoria o simplemente escapan de las técnicas tradicionales de control y fabricación en la industria.

 

IRIS Technology, es el proveedor más importante a nivel europeo de sistemas de control avanzado con espectroscopía e inteligencia artificial aplicada a los procesos productivos en distintas industrias, entre ellas, las fabricantes de tableros de madera o de partículas. Estos tableros consisten en virutas de diferentes tamaños que forman una estructura multicapa y que, finalmente, pueden o no estar recubiertos con papel decorativo impregnado con resina de melamina. Sin duda, los tableros de partículas tienen múltiples aplicaciones en la industria del mueble, del equipamiento, de la construcción y el acabado de interiores.

 

Como proveedor especializado en el control de la fabricación de paneles de partículas, IRIS Technology ha lanzado distintas aplicaciones en su línea de analizadores Visum  mediante tecnología hiperespectral que os contaremos a continuación:

 

Proceso de astillado

 

Las astillas de madera componen la materia prima en la fabricación de los paneles de partículas y pueden ser de distintas clases u orígenes. En línea de producción, el sistema de imágenes NIR hiperespectrales de IRIS Technology es capaz de determinar en tiempo real la proporción (cuantificación) de cada clase o tipo de astilla, como así también determinar la humedad media de las astillas que pasan por la cinta transportadora como detectar cuerpos extraños superficiales que escapan al control mediante rayos X como las gomas, plásticos, u otros de menor densidad.

Como la materia prima es principalmente cortada en astillas en estado húmedo y de acuerdo al origen y el tipo de madera existe variabilidad en términos de humedad, disponer de información precisa y objetiva en tiempo real es una herramienta útil para ajustar los procesos posteriores de desfibrado y secado.

 

Encolado – Cuantificación de Urea

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En el proceso de encolado se aplican numerosos adhesivos, aglomerantes o resinas como la urea  formaldehído, entre los más extendidos por sus enormes ventajas en la producción de tableros de partículas. También mediante el uso de tecnología hiperespectral HSI, el análisis químico en tiempo real permite clasificar, cuantificar y determinar la distribución espacial de este compuesto sin necesidad de emplear técnicas destructivas o de laboratorio.

 

Prensado y curado de tableros

 

El proceso de pensado no es un proceso uniforme ya que en gran medida, el curado va a depender de la variabilidad existente en las etapas posteriores del proceso de fabricación. Aquí desde IRIS Technology, nos encontramos con que la industria de la madera utiliza diferentes escalas para determinar la calidad del curado de los tableros y que actualmente se extiende a pocas muestras producidas por lote y destructivas. 

 

También a través de los sistemas hiperespectrales de IRIS, como por ejemplo la tecnologñia NIR, se puede observar y clasificar el factor de curado de los tableros completos, unidad a unidad, obteniendo información química y espectral de cada pixel que observa el sistema convirtiéndose en un instrumento crucial en el control de calidad final.

 

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Impregnado

 

Para finalizar, el impregnado es el proceso mediante el cual se impregna la capa de papel que hace de recubrimiento decorativo del tablero de partículas. La humedad es aquí el principal factor de calidad, en tanto que terminará afectando la calidad y durabilidad del impregnado. El sistema de imágenes hiperespectrales, en este punto, es capaz de determinar la homogeneidad y cuantificar la humedad de forma tal de poder detectar y corregir desvíos o anomalías que resultarán en pérdidas, reclamos y devoluciones.

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Por IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-es, Pharma-4-0-es 31 marzo 2022

Tecnología NIR y espectroscopía Raman: aplicaciones en la Industria Farmacéutica

Tecnología
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En el siguiente artículo abordaremos las principales aplicaciones con tecnología NIR y espectroscopía Raman, en tiempo real, para el control de procesos de fabricación y de calidad tanto para planta piloto – en sintonía con el concepto Quality by Design  (QbD) -, como en su escalado industrial. Además, el presente artículo, pretende ser un punto de partida para los profesionales de la industria que dispare interrogantes sobre cómo optimizar el control con tecnologías analíticas de procesos (PAT) para una gestión eficiente y la implantación de un modelo de fabricación en continuo.

 

Espectroscopía Raman y NIR

 

Ambas tecnologías tienen en común ser técnicas fotónicas – aprovechan las propiedades de los fotones o la luz y su interacción con la materia – de diagnóstico y no destructivas que permiten obtener en segundos información química y estructural de casi cualquier material o compuesto orgánico e inorgánico. De allí que se empleo en laboratorio se encuentra ampliamente extendido en distintas industrias y son técnicas analíticas conocidas por los profesionales de control de calidad.

 

Para aquellos que no son profesionales de laboratorio o se están introduciendo en la materia, es fundamental comenzar con unos breves conceptos y ejemplos para entender sus aplicaciones.

 

La espectroscopia Raman es una técnica basada en la dispersión inelástica de la luz. La dispersión inelástica o Raman se produce cuando la energía cambia durante la colisión entre la luz monocromática y la molécula y, por tanto, la frecuencia de la luz dispersada también cambia. Estos cambios proporcionan información sobre la identidad molecular y la estructura de las muestras o material analizado.

 

La espectroscopia del infrarrojo cercano NIR (Near Infrared) es una técnica basada en la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, dentro del rango de longitudes de onda de 780-2500 nm. Estas radiaciones absorbidas pueden relacionarse con diferentes propiedades de la muestra, ofreciendo información cualitativa y cuantitativa. El rango del infrarrojo cercano se caracteriza por los débiles sobretonos y las bandas combinadas que surgen de las intensas vibraciones fundamentales de los enlaces O-H, C-H, C-O, C=O, N-H y de los grupos metal-OH en el rango del infrarrojo medio.

 

Ahora bien, tanto los equipos que funcionan con espectroscopía Raman como NIR, son dispositivos ópticos (de visión) que funcionan con inteligencia artificial. La información que recogen del espectro del objeto analizado es interpretada por un modelo matemático – quimiometría- al que se llama “modelo predictivo” que le dice al sistema qué es lo que está mirando. Un ejemplo muy simple: si queremos controlar el contenido de Paracetamol de una forma de 1mg., el modelo matemático que analiza el proceso debe saber correlacionar el espectro correspondiente a dicho valor y para ello debe conocer lo que es 0,8 – 0,9 – 1,1 y así sucesivamente en el rango de interés a controlar. El modelo predictivo es un modelo matemático que esencialmente correlaciona un espectro con un valor de referencia. Este valor de referencia sale del análisis tradicional del laboratorio.

 

¡Pasemos a lo importante!: ¿Y para qué me sirven estos sistemas en mi fábrica?

 

Aplicaciones de la tecnología NIR en tiempo real:

 

1) Identificación de la materia prima: La identificación de las materias primas es una tarea rutinaria en la industria farmacéutica. Estas pruebas se llevan a cabo antes de que los materiales sean procesados, con el fin de evitar errores en la medida de lo posible y, por tanto, ahorrar tiempo y dinero. Esta comprobación de materiales se aplica no sólo a los materiales comprados (por ejemplo, los excipientes), sino también a algunas transferencias internas de materiales, por ejemplo, los API fabricados en otra planta. Esto último muy importante a tener en cuenta a la hora de preguntarnos por qué tenemos problemas en el mezclado de algunas fórmulas con determinadas materias primas.

 

2) Homogeneización: Una vez identificadas y pesadas, las materias primas suelen requerir la homogeneización de los distintos componentes. Este es un paso crítico en la fabricación de productos farmacéuticos en estado sólido, ya que tiene un impacto directo en la calidad y homogeneidad del producto final. El proceso de homogeneización se ve afectado principalmente por propiedades físicas como el tamaño, la forma y la densidad de las partículas. Punto final del mezclado y homogeneización no son lo mismo, no en términos de regulación según la European Medicines Agency (EMA). Desde IRIS Technology intentamos concienciar en este punto, que a veces se confunde, para proporcionar soluciones de control en línea que son homologables a los protocolos de control establecidos por la regulación comunitaria y española.

 

3) Granulación y tamaño: A veces los diferentes ingredientes de la formulación no se mezclan bien y se segregan durante la homogeneización. Por ello, es conveniente granular los ingredientes en polvo por compresión, granulación en seco o en presencia de un aglutinante en condiciones húmedas. La mayoría de los usos espectroscópicos se centran en la determinación del agua durante la granulación en húmedo o el secado después de la granulación.

 

4) Extrusión: La espectroscopia NIR se ha utilizado ampliamente en extrusión en caliente para controlar tanto el contenido de API como el estado sólido de los extruidos e identificar las interacciones entre los ingredientes.

 

5) «Tableting» o preparación de comprimidos: Esta etapa del proceso es la más cercana al producto final. Por lo tanto, a veces es más fácil controlar la calidad del producto directamente en la prensa, especialmente si hay un paso de recubrimiento posterior. En este momento, el NIR también puede desempeñar un papel importante.

 

6) Recubrimiento: El proceso de recubrimiento es un paso crucial en la fabricación de preparados sólidos orales. De hecho, el recubrimiento puede actuar como una pantalla física para evitar los efectos de la oxidación, la humedad y las condiciones de iluminación con el fin de mejorar la estabilidad del producto final o de los productos intermedios del proceso. El recubrimiento también puede desempeñar un papel activo en la protección (gastrorresistencia) y la liberación (liberación modificada) del fármaco in vivo. La homogeneidad y el grosor del recubrimiento son importantes para controlar el momento de la liberación del fármaco. Existen muchas técnicas offline para controlar el grosor del recubrimiento, como los cambios en el peso, la altura o el diámetro de los núcleos de los gránulos/tabletas recubiertos durante el proceso. La tecnología NIR en línea es especialmente útil para controlar los recubrimientos de base acuosa y es una técnica que permite ahorrar horas de análisis, que hemos abordado en particular en este otro artículo.

 

7) Control del producto final: Una parte importante del control de calidad del producto final abarca el análisis de todos los lotes producidos para evitar resultados fuera de especificaciones. Este punto de control, aunque ya es tarde para evitar pérdidas, también se puede efectuar con herramientas NIR portátiles (de mano) y en tan sólo segundos analizar a pie de línea decenas de unidades (homogeneidad, concentraciones u otros parámetros).

 

Aplicaciones de la espectroscopía Raman en tiempo real

 

Como veremos a continuación dicha técnica de análisis tiene algunas aplicaciones similares a la espectroscopía NIR y otras muy distintas por ser una técnica con una precisión muy superior al NIR y que en IRIS Technology empleamos en los sistemas que fabricamos cuando trabajamos con APIs con concentraciones muy bajas (típicamente <0,5) o bien en matrices acuosas donde la cantidad de agua genera mucho ruido en el análisis con un equipo NIR).

 

1) Espectroscopia Raman para la identificación de APIs: Como cada API tiene sus propias características Raman, la espectroscopia Raman puede identificar rápidamente y con alta precisión los principios activos, además de tener un error de predicción ínfimo y en algunos casos tiene un límite de detección tan bajo como ppm.

 

2) Espectroscopia Raman para el estudio cuantitativo y cualitativo de las formulaciones: La composición de los preparados farmacéuticos es relativamente compleja; sin embargo, la espectroscopia Raman sigue siendo uno de los métodos de detección rápida si los excipientes son simples o sólo una solución acuosa.

 

3) Espectroscopia Raman para la detección de sustancias ilícitas: La espectroscopia Raman puede utilizarse para la detección de trazas debido a su sensibilidad, rapidez y precisión. En general, las pequeñas cantidades de drogas ilícitas causan incidentes de seguridad de drogas, y la espectroscopia Raman puede utilizarse para la detección de drogas ilícitas.

Beneficios de la espectroscopía Raman y la tecnología NIR en tiempo real

 

En general, hay dos ventajas fundamentales de la espectroscopía Raman y la tecnología NIR en líneas de producción sobre los métodos tradicionales del laboratorio:

 

La primera ventaja sería el seguimiento de la fabricación continua o «continuous manufacturing». La industria farmacéutica trabaja principalmente de forma que el medicamento final es el resultado de varias etapas de producción independientes. Éstas también pueden tener lugar en diferentes zonas geográficas, lo que conlleva el envío y almacenamiento de los diferentes productos intermedios en contenedores hasta la siguiente instalación de fabricación. Esto aumenta el riesgo de degradación con el tiempo o debido a las condiciones ambientales (luz, humedad, etc.). Una forma de abordar este problema es pasar del trabajo independiente por lotes a la fabricación continua con la ayuda de tecnologías de supervisión como los equipos analíticos de control en tiempo real.

 

Un proceso continuo o fabricación continua es aquel en el que los materiales se cargan continuamente en el sistema, mientras que el producto final se descarga continuamente. A diferencia de la fabricación independiente por lotes, este concepto implica la conexión total de las unidades de producción, con el uso de sistemas PAT, junto con sistemas de control de procesos para supervisar y controlar la planta de fabricación integrada. Las unidades de proceso continuo suelen ser más eficientes, más productivas, con volúmenes reducidos y menos residuos en comparación con las unidades de proceso clásicas. Por lo tanto, este tipo de unidades de producción pueden responder más rápidamente a una escasez de medicamentos o a cambios repentinos en la demanda o las necesidades (como en una pandemia). Además, su pequeño tamaño permite transportarlas directamente a los lugares donde se necesitan los medicamentos. Sin embargo, es necesario conocer a fondo el proceso, incluidas las diferentes conexiones entre sus unidades de proceso.

 

La segunda gran ventaja es reducir el tiempo de muestreo y de análisis, y ésta es muy importante en los procesos de biotecnológicos en sus fases de investigación, desarrollo y producción. Hasta ahora, la mayoría de los datos se obtienen con instrumentos y métodos fuera de la línea.

 

Concretamente para el Raman, la espectroscopia Raman es una poderosa técnica instrumental utilizada en los diversos tipos de análisis farmacéuticos. La superioridad de la técnica depende de la molécula de interés, el nivel de concentración, la matriz o solución, otras especies interferentes presentes y el método de muestreo deseado. Para muchas aplicaciones, la espectroscopia Raman puede ser la mejor respuesta para las necesidades de identificación y control espectroscópico. El papel de la espectroscopia Raman como herramienta analítica cuantitativa aumenta debido a la simplicidad del muestreo, la facilidad de uso y la aplicabilidad a sistemas acuosos.

 

Como fabricantes e integradores de sistemas que operan con espectroscopía Raman y NIR, desde IRIS Technology, colaboramos con numerosas empresas farmacéuticas, alimentarias, químicas, entre otras, en el desarrollo de soluciones analíticas y la implantación de sistemas de control fisico químico, en proyectos llave en mano que van desde la selección de la tecnología, adaptaciones que puedan ser necesarias, el modelado de datos, la instalación, validación e incluso la homologación.

Aquí puedes conocer la gama completa de equipos analíticos Visum®.

 

Esperamos que dicho artículo les haya sido de interés y como siempre, ante cualquier consulta e incluso sugerencias, puede escribirnos a news@iris-eng.com.

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