Inmaduras SobremadurasAgrietadas

AhuecadasMagulladas

Estado de calidad internoIntervalos de confianza: 0,95

NódulosÓptimas

30

25

10

Figura 1:Medias de la variable acústica discriminante obtenidascon dispositivo portátil para cada categoría de calidad

interna

I DISTRIBUCIÓN Y ALIMENTACION

Tecnología de la poscosecha

Analiza los ahuecados y agrietados del fruto

Inspección de calidadde sandías: sistemaacústico portátil

• Un equipo de la Universidad Politécnica deMadrid diseña un equipo portátil para ladetección no destructiva de los problemas decalidad de la pulpa de las sandías sin semillas.

B. Diezma Iglesias',M. Ruiz Altisent l , M. Miranda,M.A. Muñoz'

'Laboratorio de PropiedadesFísicas y Técnicas Avanzadasen Agroalimentación. Dpto.de Ingeniería Rural. E.TS.I.Agrónomos. UniversidadPolitécnica de Madrid.belen.diezma@uptmes

Varios problemas de cali-dad afectan a la pulpa de lassandías sin semillas, entreellos, son de especial impor-tancia los ahuecados y agrieta-dos. Se ha diseñado y evalua-do un equipo portátil y de bajocoste para la detección no des-tructiva de esos defectos, cuyofuncionamiento se basa en elanálisis de la respuesta acústi-ca de la muestra a impactosmecánicos de baja intensidad.Se ha evaluado la capacidad desegregación de varios paráme-tros espectrales, comparandolos resultados con los obteni-dos previamente mediante unequipo de sobremesa basadoen la misma técnica acústica.En el espectro de frecuenciasdel equipo portátil se ha obser-vado una frecuencia resonanteanormal a 15 Hz que distorsio-na el valor de los parámetrosespectrales. La eliminación deesta frecuencia resonante me-diante un filtro paso alto hasido suficiente para obtener ni-veles similares de bien clasifi-cados con ambos dispositivos.

Un equipode laboratorio

La introducción de nue-vos productos o variedades defrutas y hortalizas es una cons-tante en los mercados desarro-llados. Hace ya unos 10 añosAnecoop S. Coop. inició suandadura en la producción ydistribución de sandías sin se-millas. En la actualidad Ane-coop comercializa entre 65 y70.000 t, siendo uno de losprincipales exportadores deestas sandías.

El interés de Anecooppor asegurar a los consumido-res un producto de altos están-dares de calidad, está en labase de la colaboración con elLaboratorio de Propiedades Fí-

sicas y Tecnologías Avanzadasen Agroalimentación de la Uni-versidad Politécnica de Ma-drid (LPF-TAG). Como con-secuencia de esta colaboraciónse ha llevado a cabo una am-plia investigación cuyo princi-pal resultado técnico es unprototipo de laboratorio parala detección de problemas decalidad interna en sandías api-renas (Diezma eta!., 2004).

El análisis de la respuestavibratoria de los productoshortofrutícolas ha sido amplia-mente utilizado para la estima-ción de diferentes parámetrosde calidad de los mismos (DeKetelaere et al., 2006). Ennuestro estudio, la caracteriza-ción del espectro acústico ob-tenido tras la excitación mecá-nica de cada fruta ha permiti-do distinguir las unidadesafectadas de ahuecados inter-nos, sobremadurez acusada ymagulladuras, con niveles de

acierto superiores al 90% en elproblema de ahuecado. Loscomponentes principales deeste equipo de laboratorio sonun micrófono prepolarizado decampo libre de sensibilidadconstante a partir de 10 Hz. unpreamplificador adaptador deimpedancias, un acondiciona-dor de señal y una tarjeta deadquisición de datos integradaen un ordenador de sobreme-sa. Todo lo cual hace del mis-mo un equipo adaptable a dis-tintas aplicaciones de investi-gación (ponderaciones sofo-métricas, utilización de filtrosde frecuencia...) pero costoso.El interés empresarial ha con-ducido la investigación haciael desarrollo de equipos demenor precio de adquisición yde utilización fuera de los la-boratorios de calidad de susalmacenes.

Así, se ha planteado unasegunda etapa en la colabora-ción, cuyo principal objetivoha sido el desarrollo de un nue-vo sistema para la determina-ción no destructiva de la cali-dad interna de sandías (basadoen los fundamentos del dispo-sitivo de sobremesa previamen-te desarrollado) minimizandoel tiempo de análisis y presen-tación de resultados hasta con-seguir un equipo de funciona-miento en tiempo real (diferen-cia fundamental con el equipode mesa inicial) y diseñandoun equipo ligero y autónomo(portátil), con el fin de hacerlomás versátil en cuanto a su lu-gar de utilización y aumentarel número de frutos analizadospor unidad de tiempo.

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DISTRIBUCIÓN Y ALIMENTACIÓN POSCOSECHA

Detalle de ausencia dedefecto de calidad (izquierda),ahuecado (centro) y agrietado(derecha) en la pulpa sesandías apirenas.

Desarrollo deldispositivo portátil

El desarrollo del dispositi-vo portátil se ha realizado ensucesivas aproximaciones a lasolución final, en cada una deellas se han sustituido algunos

elementos del equipo de labo-ratorio y se ha comprobadocómo estos cambios afectan ala capacidad de clasificacióndel sistema.

Fundamentalmente, enla primera aproximación sesustituyó el ordenador de so-bremesa por una PDA (Perso-nal Digital Assistant), en laque se acopló una tarjeta deadquisición de datos adecua-da a la misma. El micrófonoprepolarizado, el preamplifi-dor y el acondicionador deseñal se mantuvo en esta pri-mera versión del dispositivoportátil, limitando la movili-dad del equipo. Para la mi-gración de los programas deadquisición y análisis entiempo real se utilizó el len-guaje de programación Lab-VIEW, apropiado para el con-trol de procesos, pero con ca-rencias en su versión para or-

denadores de bolsillo. Con elfin de comprobar el funciona-miento del equipo portátil enun amplio número de frutos yconsecuentemente validar omodificar, en su caso, las re-glas de segregación de sandíasdefectuosas generadas con elequipo de sobremesa, se pro-gramaron dos experimentos ensendos almacenes de confec-ción de sandía, lo que permitiótambién comprobar el efectodel ruido ambiental en unaplanta de clasificación de fru-tas en la medida acústica.

Se analizaron un total de643 sandías, que tras ser ensa-yadas con el dispositivo acús-tico se abrieron y clasificaronsegún los criterios de los ex-pertos de calidad de los alma-cenes en las siguientes catego-rías: de calidad óptima, viróti-cas (nódulos en la pulpa), in-maduras, magulladas, sobre-

maduras, agrietadas y ahueca-das.

Los espectros acústicosde este portátil no mostrarondiferencias con respecto a losdel dispositivo de sobremesa.Al igual que en al dispositivode sobremesa, el análisis devarianza mostró que la varia-ble acústica más discriminantepara la clasificación de las fru-tas fue la densidad espectralBM85-160N, computada comoel área bajo la curva del espec-tro normalizado entre las fre-cuencias 85 y 160 Hz, variablesensible al desplazamiento delas frecuencias resonantes enlos frutos con problemas decalidad.

Asimismo, los porcenta-jes de acierto en la detecciónde sandías ahuecadas (90%),sobremaduras (86%) y magu-lladas (66%) obtenidos en losensayos con este portátil re-

HORTICULTURA

•LE

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

so 500450500450400350100050 400100150 200 250 300Frecuencia (Hz)

150 200 250 300 350Frecuencia (Hz)

Figura 2:Señales espectrales obtenidas con el dispositivo de sobremesa (señal sin normalizar,

izquierda) y el segundo dispositivo portátil (derecha), la línia vertical roja marcala frecuencia resonante a 15 Hz achacable a ruido eléctrico

I DISTRIBUCIÓN Y ALIMENTACIÓNPO COSECHA

Dispositivo portátilintroducido en cooperativapara 'site acceptance test'(izquierda); detalle de laPDA y señal adquirida enuna medida acústica sobreuna unidad de buena calidadinterna (derecha).

produjeron los obtenidos conel dispositivo de sobremesa encampañas anteriores. En la fi-gura I se muestran los valoresmedios de la variable acústicamencionada anteriormente pa-ra cada uno de los grupos decalidad interna. Los problemasde ahuecado y agrietado se di-ferencian claramente, mientrasque el grupo de sandías afec-tadas por golpes en la pulpa ysobremadurez presentan unagran variabilidad que puedeinducir a la no detección de al-gunas de las unidades afecta-das por estos problemas. No

hay diferencias significativasentre las unidades vegetalesafectadas de inmadurez o connódulos en la pulpa y las uni-dades de calidad óptima, loque representa el principal in-conveniente en la implementa-ción de este procedimientopara la clasificación de sandíasen instalaciones productivas ycomerciales.

No se observaron distor-siones en las señales acústicasdebidas al ruido existente enlas plantas de manipulación desandías. A pesar de que los re-sultados obtenidos con estedispositivo son positivos parala industria, el prototipo no esaceptable para el sector dadosu elevado precio de adquisi-ción al incorporar un micrófo-no de altas prestaciones.

Así, en las siguientes fa-ses del trabajo se introdujo uncambio adicional: el micrófo-no y sus elementos acondicio-

nadores fueron sustituidos porun micrófono sin preamplifi-cador, con alimentación inter-na y con menor sensibilidad abajas frecuencias. Se han rea-lizado las adaptaciones de losprogramas exigidas por estanueva configuración. Esta se-gunda versión del dispositivoportátil se ha probado en labo-ratorio con lotes más reduci-dos, utilizando simultánea-mente el dispositivo de sobre-mesa para realizar una compa-ración de los resultados obte-nidos por ambos. Tras el aná-lisis de los resultados de esteensayo de laboratorio, el equi-po se ha probado en un ensayoen almacén (site acceptancetest) en 236 unidades. Estosensayos se han realizado enlas condiciones de trabajo ha-bituales en almacén por técni-cos de calidad en las coopera-tivas, comprobando el funcio-namiento del dispositivo eva-

luando visualmente la pulpade las unidades ensayadas.

La resolución en frecuen-cias de los espectros obtenidoscon este segundo dispositivoportátil es de 15 Hz, frente alos 9,76 Hz que separan dospuntos consecutivos en los es-pectros del equipo de sobre-mesa. Esto es debido a que larespuesta vibratoria que se al-macena, y a la que se aplica elalgoritmo de la TransformadaRápida de Fourier es de menorduración (1.000 puntos en lu-gar de lo 3.000 registrados enlos dispositivos iniciales). Setrata con ello de disminuir eltiempo de computación del es-pectro y la cantidad de memo-ria ocupada en la PDA ya quela rapidez de la ejecución de larutina de adquisición y análi-sis de señal se ralentiza en losdispositivos portátiles a medi-da que aumenta la informaciónalmacenada en los mismos. Secomprobó la influencia de ladiferencia en resolución de losespectros sobre los valores delos parámetros acústicos.

Además, los espectrosobtenidos con este dispositivoportátil en los ensayos en la-boratorio presentaron un picoresonante en frecuencias infe-riores a 50 Hz, normalmente a15 Hz achacable a ruido eléc-trico (figura 2), que en algunasfrutas, es de mayor amplitudque el pico resonante de inte-rés (situado entre 100 y 250Hz), lo que introduce erroresal aplicar el algoritmo de deci-sión desarrollado para el dis-positivo de sobremesa. Se ob-serva también menor defini-ción de los picos, lo que seatribuye a la menor sensibili-dad del nuevo micrófono a ba-jas frecuencias y a la menorresolución del espectro com-putado.

Se estableció un filtropaso alto en el sistema paraevitar las distorsiones que lafrecuencia resonante a 15 Hzintroducía en el algoritmo dedecisión. Tras esta modifica-

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DISTRIBUCIÓN Y ALIMENTACIÓN I

Cuadro 1:Porcentajes de acierto en la clasificación de sandías

según su estado de calidad interno aplicando losparámetros acústicos obtenidos del ensayo conel dispositivo portátil en almacén de confección

Uallnálidadearna .

E unidadesclasificadas

Optima 90Ahuecadas y agrietadas 93

Magulladas 60Inmaduras 11

Sobremaduras sin representaciónen la muestra

ción el resultado de la detec-ción automática de la frecuen-cia resonante de interés enambos equipos es coincidente.No se observaron diferenciassignificativas (p<0,05) en losparámetros acústicos extraídospor ambos dispositivos ni enel nivel de aciertos en la clasi-ficación en el lote de 46 san-

días. La repetibiliclad del pará-metro BM85-160N es de 1,92unidades para el equipo de so-bremesa y 1,89 para el equipoportátil v.2, sin diferenciassignificativas. Estos resultadosfueron considerados por laempresa positivos y el costede este dispositivo portátilaceptable.

Los ensayos llevados acabo en cooperativa (site ac-ceptance test) han mostradolos porcentajes de unidadesbien clasificados que se reco-gen en el cuadro 1 (datos ela-borados por los técnicos decalidad en cooperativa), pocodiscrepantes con los obtenidospreviamente por los investiga-dores del grupo en laboratorioo en almacén.

ConclusionesEl sensor acústico portá-

til desarrollado puede aplicar-se en cualquier punto del pro-ceso de confección de la san-día para la eliminación de lasunidades no aptas para comer-cialización por un solo opera-rio; se trata de un equipo conun coste de fabricación ase-quible. El equipo determina entiempo real el estado de cali-dad del fruto. Su aplicabilidad

en las condiciones reales detrabajo está siendo probadapor técnicos de calidad en lascooperativas potencialmenteusuarias de este equipo.

- B. De Ketelaere, M. ScottHowarth, L. Crezee, J.Lammertyn, K. Viaene, I.Bulens, J. De Baerdemaeker,(2006) Postharvest firmnesschanges as measured byacoustic and low-mass impactdevices: a comparison oftechniques. Postharvest Biologyand Technology, Vol. 41(3),275-284.- B. Diezma-Iglesias, M. Ruiz-Altisent, P. Barreiro, (2004)Detection of infernal qualityin seedless watermelon byacoustic impulse response.Biosystems Engineering,Vol. 88(2), 221-230

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