¿Cuáles son algunas de las nuevas opciones de sensores IP69K para líneas de procesamiento de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos?

La higiene es obligatoria en la elaboración de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos. Como todas las operaciones de la Industria 4.0, esas líneas de procesamiento requieren altos niveles de automatización con el apoyo de numerosos sensores.

Esto significa utilizar sensores con protección de ingreso (IP) 69K que puedan soportar lavados a alta presión y procedimientos rutinarios de limpieza in situ (CIP) para mantener un entorno operativo higiénico al tiempo que se garantiza un funcionamiento eficaz.

Además de la clasificación IP69K, los sensores de estas aplicaciones a menudo deben fabricarse con materiales que cumplan los requisitos de la Food and Drug Administration (FDA), como la aleación de acero inoxidable SAE 360 L, que es muy resistente a la corrosión y puede soportar los procedimientos CIP rutinarios. En otras aplicaciones, un receptáculo hecho con plástico de grado FDA es adecuado.

Este artículo comienza con una descripción general de los requisitos de IP69K definidos en DIN 40050-9, revisa el rendimiento de varios aceros inoxidables FDA, incluidas las series SAE 200, 300 y 400, y considera los plásticos de grado FDA disponibles y cuándo pueden utilizarse.

A continuación, presenta varios sensores nuevos de Banner Engineering adecuados para su uso en líneas de procesamiento de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos, junto con algunas sugerencias de aplicación e instalación. Para terminar, examina una aplicación de taponado de botellas que requiere un sensor IP69K, pero no un receptáculo fabricado con un material aprobado por la FDA.

¿Los sensores IP69K también cumplen la norma IP68?

Un sensor puede diseñarse para cumplir ambas normas. El "6" en estas clasificaciones IP significa que estos dispositivos son estancos al polvo y no hay entrada de polvo.

Sin embargo, el cumplimiento de la norma IP69K no significa automáticamente que el sensor cumpla la IP68. La norma 40050-9 de la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) se basa en una norma alemana que amplía el sistema de clasificación IP de la CEI 60529 para añadir IP69K a las aplicaciones de lavado a alta presión y alta temperatura que difieren en cierta medida de las demás clasificaciones IP.

La protección contra la penetración de agua IP68 se basa en la IP67. IP67 requiere la inmersión temporal en agua hasta un metro de profundidad durante al menos 30 minutos. IP68 también implica la inmersión en agua con las condiciones de prueba establecidas por acuerdo entre el fabricante del dispositivo y el usuario, y debe ser más severa que IP67. Por ejemplo, los sensores con clasificación IP68 de Banner Engineering pueden soportar al menos 24 horas de inmersión continua en dos metros de agua.

IP69K no requiere inmersión en agua. Las pruebas para IP69K incluyen tres elementos:

• Capacidad para rociar el dispositivo con agua a +80 °C a un caudal de 14 a 16 litros por minuto (L/min) y una presión de 10 MPa (1500 libras por pulgada cuadrada, psi).
• La boquilla de pulverización debe mantenerse a una distancia de 10 a 15 cm del dispositivo en ángulos de 0°, +30°, +60° y +90° durante 30 segundos cada uno, para un total de 120 segundos.
• El dispositivo gira sobre una plataforma giratoria una vez cada 12 segundos.

Los sensores con clasificación IP69K de Banner Engineering se someten además a pruebas de inmersión en agua de al menos un metro, un requisito que supera las pruebas estándar IP69K (figura 1). Tras la prueba, se inspecciona el sensor para comprobar si hay agua en su interior. No debe haber agua en el interior y el sensor debe seguir funcionando normalmente para superar la prueba.

Figura 1: Los sensores con clasificación IP69K, como éste, pueden soportar lavados a alta presión y alta temperatura. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

La corrosión también importa

El sistema de clasificación IP indica el grado de protección de un gabinete contra la entrada de partículas sólidas y líquidos. No contempla el funcionamiento en un entorno corrosivo. Los requisitos de la FDA lo cubren.

La FDA regula los materiales de los receptáculos de las carcasas para garantizar que sean seguros para su uso con alimentos y productos farmacéuticos. Por ejemplo, el acero inoxidable de calidad alimentaria debe cumplir los siguientes requisitos:

• Debe tener un contenido mínimo de cromo del 16%. Una película de óxido de cromo que se autorrepara en presencia de oxígeno hace que el acero inoxidable sea resistente a la corrosión.
• Debe pertenecer a las series SAE 200, 300 o 400 de aceros inoxidables que incluyen aleaciones de cromo-níquel-manganeso, aleaciones de cromo-níquel y aleaciones de cromo, respectivamente.
• Debe tener una superficie lisa y fácil de limpiar.
• Debe ser resistente a las picaduras, desconchados, grietas, arañazos y estrías, y tener el grosor suficiente para soportar repetidos lavados a alta presión y alta temperatura.
• No debe transmitir olores, sabores ni colores a los alimentos.

Para una solución más ligera, el aluminio anodizado está considerado "generalmente reconocido como seguro" por la FDA. Es necesario manipular y procesar adecuadamente el aluminio.

Existe una gran variedad de plásticos aprobados por la FDA. Entre sus características comunes se incluyen una alta resistencia al desgaste, a la flexión y a los cambios dimensionales. Algunos ejemplos son:

• El policarbonato es un material ligero, transparente y excepcionalmente resistente.
• El tereftalato de polibutileno (Poliéster PBT) tiene una gran resistencia, rigidez y estabilidad dimensional. Es resistente a los productos químicos, la oxidación y el agua, y es resistente al calor hasta 150 °C.
• El acrílico es un plástico transparente no tóxico aprobado para la manipulación de materiales. También es resistente al calor y apto para su uso en entornos difíciles.
• El nailon tiene propiedades excepcionales de barrera contra el oxígeno y la humedad. Se utiliza para proteger las piezas del entorno exterior.

Sensores fotoeléctricos de acero inoxidable de calidad FDA

Los sensores fotoeléctricos de la serie Q4X de Banner Engineering ofrecen un rango de detección de 25 a 610 mm, según el modelo. Por ejemplo, el modelo Q4XFKLAF310-Q8 tiene un rango de detección de 35 a 310 mm.

La carcasa está fabricada con acero inoxidable 316 L de grado FDA y tiene una clasificación IP68 según IEC60529 e IP69K según DIN 40050-9. Es compatible con productos químicos de limpieza y desinfección ácidos o cáusticos utilizados habitualmente en la limpieza e higienización de equipos y cuenta con la certificación ECOLAB.

Cuando el sensor está en modo de funcionamiento, la pantalla de 4 dígitos y 7 segmentos muestra la lectura de medición actual o el valor de salida analógico correspondiente (Figura 2). Características adicionales:

• Modelos discretos, analógicos (0 V a 10 V o 4 mA a 20 mA), de objeto claro e IO-Link
• Modelos de alta resolución con salida analógica y un exceso de ganancia superior para aplicaciones más exigentes.
• Detecta una variedad de colores, materiales y superficies del objetivo en función de la distancia
• El modo de aprendizaje dual (intensidad + distancia) puede utilizarse para aplicaciones a prueba de errores y permite una detección clara de objetos sin necesidad de catadióptricos

Figura 2: Este fotosensor con clasificación IP69K e IP68 está envasado en acero inoxidable de grado FDA. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Aceleración de la configuración y los cambios

La pantalla de sensor remoto (RSD) RSD1QP opcional puede utilizarse con la serie Q4X y otras familias de sensores de Banner para su configuración y supervisión (figura 3). Puede acelerar los cambios de producto en las fábricas de Industria 4.0 y permanecer conectado o desconectado una vez finalizada la configuración. También simplifica la supervisión de sensores en lugares de difícil acceso. Otros usos de la RSD son:

• Copia de ajustes entre sensores
• Admite la sustitución rápida de sensores
• RSD puede almacenar hasta seis configuraciones para distintas operaciones

Figura 3: El RSD1 puede utilizarse para la configuración y supervisión remotas de sensores como los de la serie Q4X de Banner. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Fotosensores en receptáculos de plástico

El sensor de lavado T18-2VPRL-2M (T18-2) es un sensor fotoeléctrico autónomo diseñado para su uso en entornos difíciles, como líneas de producción de alimentos, procesamiento de aves de corral, detección de cajas y activación del funcionamiento de una estación de comprobación de peso.

La carcasa está fabricada con poliéster PBT negro y amarillo, y los tubos luminosos de los intermitentes y la ventana, con acrílico blanco translúcido. La carcasa de plástico está soldada por ultrasonidos para garantizar un sellado completo, y los componentes electrónicos están encapsulados en un epoxi con clasificación IP69K, lo que proporciona un sellado redundante (Figura 4). Además, estos sensores tienen un grado de protección IP68.

Figura 4: Este fotosensor con clasificación IP69K e IP68 está envasado en plásticos aprobados por la FDA. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Sensores de radar IP69K de aluminio

Sensores de radar como los de la serie Q90R pueden beneficiar a aplicaciones como la protección de las personas frente a las máquinas, el trabajo con robots colaborativos (cobots) o las mediciones del nivel de tanques en líneas de procesamiento de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos. La carcasa de aluminio con clasificación IP69K es resistente y ligera. Estos sensores tienen un rango de temperatura de funcionamiento de -40 °C a +65 °C, lo que los hace adecuados para su uso en entornos difíciles, como zonas húmedas y con niebla.

Por ejemplo, el modelo Q90R-4040-6KDQ va de 150 mm a 20 m y tiene dos salidas, una PNP/NPN con comunicación IO-Link y otra 1 PNP/NPN. Todos los sensores Q90R pueden personalizar los parámetros de detección, como la forma de la ventana y los valores de consigna objetivo. IO-Link puede soportar transferencias de datos en tiempo real.

La detección de objetos puede basarse en la distancia, la velocidad y la posición angular con respecto al sensor, lo que proporciona un rendimiento configurable y multidimensional. Dos zonas independientes pueden detectar y medir varios objetivos simultáneamente (Figura 5).

Figura 5: Este sensor de radar con receptáculo de aluminio puede utilizarse para controlar el nivel del depósito en líneas de procesamiento de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos. (Fuente de la imagen: DigiKey)

Iluminación para sistemas de visión

Los sistemas de visión para aplicaciones de control de calidad e inspección necesitan una buena iluminación para un funcionamiento óptimo. Las luces de barra LED selladas BL60 de Banner proporcionan una iluminación brillante y focalizada. Existen modelos que producen cuatro longitudes de onda visibles de alta intensidad más infrarrojos (IR) y dos longitudes de onda ultravioletas (UV). Seleccionando la opción de iluminación más adecuada, se puede mejorar aún más el rendimiento del sistema de visión.

Las carcasas de aluminio resistentes al aceite, los productos químicos y el agua tienen la clasificación IP69K y están disponibles en longitudes de 340 y 640 mm. Hay tres opciones de ventanas: policarbonato transparente o difuminado y cristal de borosilicato. Tienen un control de atenuación de 1 a 10 V y una función estroboscópica de modulación por ancho de pulsos (PWM) ajustable. Algunos ejemplos de colores de luz disponibles para las luces de barra LED de 340 mm son:

• Blanco luz diurna (5000K), BL60W340L14ASQ
• Rojo, BL60R340L14ASQ
• Verde, BL60G340L14ASQ
• Azul, BL60B340L14ASQ
• Infrarrojos, BL60I340L14ASQ.
• 365 nm ultravioleta, BL60UV365-340GL30ASQ
• 395 nm ultravioleta, BL60UV395-340L30ASQ

Sensor láser de zinc niquelado IP69K para tapones de botellas

No todas las aplicaciones de sensores en líneas de procesamiento de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos requieren un material de receptáculo aprobado por la FDA. El taponado de botellas es un buen ejemplo.

Los tapones de botella suelen entregarse a granel y es necesario clasificarlos antes de utilizarlos en la línea de llenado. Los tapones desalineados, como los colocados al revés, pueden hacer que las botellas queden sin tapón o atascar la taponadora, reduciendo la productividad. Un sensor láser como el Q3XTBLD-Q8 (Q3X) puede identificar rápidamente si algún tapón está mal orientado antes de que llegue al sistema de suministro de tapones.

La Q3X tiene una supresión de fondo de 100 mm, lo que la hace idónea para aplicaciones de detección de orientación. Con la supresión de fondo fija, los sensores Q3X pueden configurarse para reconocer una distancia específica e ignorar todo lo que se encuentre fuera del punto de ajuste.

En una aplicación de clasificación de tapones de botellas, el Q3X puede configurarse para detectar cuando la parte superior de un tapón está orientada hacia el sensor. Si el tapón mira hacia otro lado, se ignora. Si está orientada hacia el sensor, se envía una salida fallida y se rechaza la tapa. Se puede reciclar en el clasificador de tapones para intentarlo de nuevo.

La rápida tasa de detección del Q3X es importante en las líneas de llenado de alta velocidad. Este sensor puede detectar una pieza en sólo 250 µs y capturar hasta 2000 eventos por segundo. La pantalla angular de 3 dígitos proporciona información al usuario y acelera la configuración y la puesta en marcha. El receptáculo de zinc niquelado tiene los grados de protección IP67 e IP69K, por lo que es apto para entornos húmedos (figura 6).

Figura 6: Este sensor láser con clasificación IP69K se presenta en un envase de zinc niquelado adecuado para procesos de taponado de botellas. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Conclusión:

En las líneas de procesamiento de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos se necesitan sensores resistentes que cumplan la norma IP69K y puedan soportar operaciones CIP a alta presión y alta temperatura. Muchos de estos sensores también están diseñados para cumplir los requisitos de la norma IP68 para la inmersión en agua. En la mayoría de los casos, deben envasarse en materiales aprobados por la FDA, pero hay excepciones, como las operaciones de taponado de botellas.