Se estudia la utilidad de un dispositivo para la determinación objetiva de la textura, en su aspecto mecánico, de frutos en movimiento en una posible línea de clasificación. Se establecen las especificaciones del funcionamiento del posible dispositivo para su diseño, así como los aspectos del mismo que han de ser aún estudiados para los diversos frutos de interés

Hernandez, E.

Jaren Ceballos, Carmen

Ruiz-Altisent, Margarita

Archivo Digital UPM

Bases del diseño de un dispositivo para la evaluación no destructiva de la textura en frutos y hortalizas.

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

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BASES DEL DISEÑO DE UN DISPOSITIVO PARA LA EVALUACIÓN NO-
DESTRUCTIVA DE LA TEXTURA EN FRUTOS Y HORTALIZAS. 
M. Ruiz Altisent C. Jaren Ceballos E.Hernández 
Prof. Titular Ing.Agrónomo Prof.Titular 
Departamento de Ingeniería Rural 
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos 
Universidad Politécnica de Madrid 
Resumen 
Se estudia la utilidad de un dispositivo para la determinación 
objetiva de la textura, en su aspecto mecánico, de frutos en 
movimiento en una posible línea de clasificación.Se establecen 
las especificaciones del funcionamiento del posible dispositivo 
para su diseño, así como los aspectos del mismo que han de ser 
aún estudiados para los diversos frutos de interés. 
Abstract 
The interest and applicability of a device for automatic testing 
of texture (mechanical properties) of fruits on-line is 
discussed. The constraints and principal design parameters 
are established, as well as those aspects that have to be still 
studied further for application to different fruit species. 
1.Introducción 
En los últimos años se constata un hecho alarmante: junto a 
aumentos considerables de la producción de frutas, se observa 
un descenso en su consumo en la CE. Sin duda, este hecho es el 
resultado de muchos factores, siendo sin embargo uno de los 
principales la disminución de la calidad organoléptica de las 
frutas, en competencia con los productos lácteos, los cuales 
poseen unas propiedades de calidad para el consumidor que son 
inmutables en el tiempo (Alavoine et al., 1988). 
Se utiliza el término "textura", en sentido restrictivo, para 
denominar la propiedad "calidad mecánica" de los frutos. En este 
contexto, la determinación de la textura se realiza 
fundamentalmente por su relación con la madurez, tanto pre- como 
post-recolección. La textura es una combinación de propiedades 
que confieren al fruto resistencia o "firmeza"; la firmeza 
consiste fundamentalmente en resistencia a la deformación y al 
esfuerzo cortante , y se determina usualmente de forma 
destructiva, por medio de un penetrómetro: dinamómetro provisto 
de un vastago cilindrico que penetra el fruto (normalmente sin 
piel) y mide la fuerza necesaria para dicha penetración. Esta 
resistencia a la penetración resulta ser una combinación de 
resistencia a la deformación en sentido longitudinal y de 
resistencia al esfuerzo cortante, y se relaciona con el grosor 
de las paredes celulares y con la resistencia de las uniones 
intercelulares. El ensayo se realiza en un cierto número de 
frutos seleccionados al azar, representativos del material a 
determinar, los cuales se destruyen. 
La resistencia a la deformación aplicada con una esfera rígida 
se ha utilizado para determinar este aspecto de la textura, en 
ensayos estáticos y utilizando una máquina universal de ensayos. 
Mehlschau et al. (1981) llegaron a diseñar prototipos de 
dispositivos para la determinación en línea de la madurez post-
recolección en peras, basado en la medida de la deformación 
observada en respuesta a la aplicación de una fuerza determinada 
o de la fuerza observada en respuesta a la aplicación de una 
deformación dada, por medio de una pareja de esferas de acero o 
de ruedecillas. La pequeña deformación aplicada (del orden de 1 
a 3 mm) , con fuerzas de respuesta del orden de 2 a 15 Newtons 
no produce magulladura alguna y sin embargo es suficiente para 
determinar la dureza (madurez) de las peras. 
Ensayos de resistencia al impacto se vienen realizando en los 
últimos años, fundamentalmente con el fin de determinar las 
diferencias en susceptibilidad a este tipo de daños, en las 
diversas especies y variedades de frutos. Así, Chen et al. 
(1985), Ruiz et al.(1987, 1989), García et al. (1988), Brusewitz 
y Bartsch (1989), Ruiz (1990 a y b) realizan avances en el diseño 
de un dispositivo para la determinación de la respuesta al 
impacto de este tipo de materiales, así como aplicaciones a 
diversos tipos de frutos: manzanas y peras principalmente, pero 
también melocotones, aguacates, melones, mangos, chirimoyas, 
ciruelas, cerezas, cítricos, etc. En todos ellos se ha podido 
determinar la relación existente entre la respuesta a un pequeño 
impacto y el grado de maduración. 
2. Respuesta al impacto en relación con la madurez 
A lo largo de estos trabajos se comprobó que algunos de los 
parámetros de la respuesta al impacto se encuentran muy 
relacionados con el nivel de madurez de los mismos frutos; a la 
vez, se comprueba que un pequeño impacto que no resulta en daño 
significativo al fruto, puede dar la misma información y, por lo 
tanto, utilizarse para clasificar frutos por su grado de 
maduración. 
Varios investigadores han utilizado la respuesta al impacto 
producido en la caída libre de frutos sobre un captador de 
fuerzas para la clasificación de los mismos por niveles de 
madurez (Nahir, 1986; Delwiche, 1986; Delwiche et al. 1988). 
La aplicación de un pequeño impacto sobre la superficie de un 
fruto puede dar por tanto información sobre la firmeza y 
posiblemente sobre otras carcterísticas texturales de los frutos. 
En trabajos anteriormente publicados (v.Refs.) se ha obtenido 
información sobre los parámetros de la respuesta al impacto que 
dan mejores resultados por su correlación con la madurez. El 
nivel de madurez se ha determinado utilizando tres medidas 
objetivas: 
a) días transcurridos desde recolección y almacenamiento 
b) firmeza = f. de penetración (Magness-Taylor) 
c) resistencia al corte tangencial de probetas 
cilindricas (Ruiz el al. 1989) 
i 
Las variables o parámetros del impacto más correlacionados 
con estas medidas objetivas para el caso de la pera cv. Limonera 
se relacionan en la Tabla 1. La Figura 1 muestra la predicción 
de la madurez ( a lo largo de 6 quincenas de almacenamiento 
frigorífico y, cada muestra, seis días de maduración a 
temperatura ambiente), expresada como fuerza de corte (c, v. más 
arriba), con dos modelos de regresión lineal, sobre las 15 
variables y? sobre las 3 variables más significativas; éstas 
resultan ser en el caso de estas peras (var. Limonera) la fuerza 
máxima observada durante el impacto (FM) y la relación 
fuerza/tiempo (F/T, relación FM con el tiempo de duración del 
contacto), mas una combinación lineal, producto de ambas (C). 
3. Objetivos 
El objetivo del presente trabajo consiste en establecer, 
utilizando los datos y la experiencia actualmente acumulada, las 
bases de identificación y las especificaciones de un dispositivo 
automático de aplicación de impactos no destructivos a frutos en 
movimiento en una línea de clasificación. 
4. Metodología 
Para la detección no destructiva de la calidad de frutos existe 
actualmente una gran actividad de trabajos de investigación. Se 
trata del desarrollo de los llamados "sensores",los cuales tienen 
la finalidad de sustituir a los operarios en la clasificación y 
tría de los productos, para mejorar su trabajo en: consistencia, 
objetividad y productividad (Marchant, 1988). para el caso 
particular de la medida del nivel de madurez de frutos se han 
ensayado los siguientes procedimientos: 
a)reflexión en el infrarrojo cercano (NIR) . En determinadas 
longitudes de onda dentro de este espectro (800 a 2400 nm= 
nanometros) se estblece una buena correlación con el grado de 
azúcar.(Bellon 1990). 
b)resonancia nuclear magnética (RNM), que se ha ensayado con 
éxito para correlacionarla, en determinados puntos de la curva 
de atenuación, con el grado de madurez en peras. 
Sin embargo, ninguno de estos procedimientos es capaz de detectar 
la textura, firmeza o dureza de los frutos, lo cual sólo parece 
posible por contacto, si se consigue realizarlo no-
destructivamente, como aquí se propone. 
5. Resultados 
5.1.Identificación del sistema. 
Los frutos deben ser ensayados uno por uno, en solo punto de su 
cara lateral, lo más cerca posible de la zona ecuatorial. 
Todo el sistema debe asegurar que el dispositivo electrónico 
tiene tiempo suficiente para registrar la respuesta del fruto 
al impacto , calcular los parámetros, calcular el índice y 
clasificar el fruto en la clase correspondiente, y enviar la 
señal al dispositivo mecánico de dirección de los frutos. 
5.2.Fases del proceso v parámetros del diseño 
Las fases a considerar en el proceso son las siguientes: 
A) Presentación del fruto, en movimiento, ante el dispositivo 
de impacto, fijo y que suponemos colocado verticalmente sobre 
al fruto. Este debe tener una posición lateral, al menos 
aproximadamente (nunca el cáliz o el pedúnculo en posición hacia 
arriba). Este aspecto parece solucionado para la mayoría de 
frutos en las máquinas calibradoras actualmente existentes, y 
consiste fundamentalmente en rodillos giratorios provistos de 
concavidades los cuales singularizan la mayoría de frutos en 
posición lateral. En el diseño del dispositivo se consideran las 
siguientes posibilidades: 
-rodillos giratorios continuos; 
-rodillos giratorios que se fijan (cesan en su giro) al 
pasar bajo el dispositivo de impactos 
-cazoletas en posición fija 
-tetradas de rodillos que fijan la posición del fruto y lo 
mantienen sujeto (Fig. 2) . 
Algunos de los parámetros que determinan el funcionamiento de 
estos dipositivos son: 
-su velocidad de avance: se establece inicialmente en 0,5 
a 1 m/s 
-distancia vertical del impactador al fruto: 5 cm 
-frutos ensayados por segundo: 2 a 4. 
B) Posicionamiento. que será necesario para sincronizar la 
posición del fruto con el momento de disparo del impactador, y 
puede resolverse: 
-automáticamente (mecánicamente) por la posición de avance 
del contenedor del fruto (rodillos o cazoletas) 
-sensores de posición del fruto. 
C) Impacto: descenso del impactador, accionado por un cilindro 
neumático, y a una velocidad constante, calculada en 500 a 1000 
mm/s. 
D) Cálculo electrónico del índice de calidad del fruto 
correspondiente (v. más abajo), y mando del 
E) Dispositivo de clasificación, para el cual pueden utilizarse: 
-cazoletas de vuelco con mando electrónico análogas a las 
de calibración 
-dedos móviles, empujadores (uno o más), al final de la 
línea, los cuales dirijan a los frutos en diferentes 
direcciones. 
5.3.Estructura del software 
El paquete de programación actualmente instalado en el 
dispositivo de ensayo de impactos se compone de los siguientes 
programas principales. 
GOLPE:Controla la emisión-captación de datos entre el ordenador 
y el interface. 
DAT1: recoge e introduce en archivo los datos del acelerómetro 
durante el impacto; calcula a partir de los datos de 
deceleraciones, los parámetros : fuerzas, deformaciones,energías, 
tiempos, etc. Imprime todos los resultados en tablas. 
MEDIAS: realiza el cálculo de los valores medios de las curvas 
y de cada parámetro para la muestra correspondiente, incluyendo 
siversos tests de variabilidad. 
6. Conclusiones 
Aspectos pendientes para estudio posterior. 
-Hasta ahora,los cálculos de regresión se han realizado 
introduciendo los datos obtenidos en programas estadísticos 
adecuados. En el diseño del dipositivo es ahora necesario 
incorporar estos cálculos al sistema, de forma que en un tiempo 
no superior a 0,1 segundos se cuente con el valor del índice 
correspondiente al fruto ensayado y se haya clasificado el fruto 
en la clase adecuada. 
-Para los diversos frutos de interés, determinación de los 
parámetros e índices de madurez, en relación con las clases de 
calidad (madurez) que sea necesario establecer en cada caso. 
-Establecimiento del software que resuelva el cálculo de los 
índices en tiempo real, y el disparo automático del impactador. 
-Estudio del efecto de la base y/o la sujeción del fruto durante 
el impacto. 
-Efecto del radio de curvatura del impactador: establecer el más 
adecuado en cada caso. 
-Detección, además de la madurez, de posibles defectos de textura 
(harinosidad en manzanas, etc.) 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Alavoine F. , Crochon M. , Fady C. , Fallot J. , Moras P. y Pech 
J.C. 1988. La qualité gustative des fruits. methodes pratiques 
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de Mecanización Agraria. Zaragoza. 
Ta-
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response of fruits to impact. ASAE Paper na 85-3537. 
Delwiche M.J., S. Tang, J.J. Mehlschau. 1989. An impact response 
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Moncaster M. E.1988. Sensors. In: Engineering Advances for 
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Mehlschau J.J., P. Chen, L. Claypool, R.B. Fridley. 1981. A 
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Transactions of the ASAE 24(5):1368-1371. 
Ruiz Altisent M. 1989. Control de la madurez en frutos por medio 
de ensayos de impacto.21fl Conf. Int. de Mecanización Agraria. 
Zaragoza. 
García C. 1988. Impacto mecánico en frutos: Técnicas de ensayo 
y aplicación a variedades de pera y manzana. Tesis Doctoral 
ETSIAgrónomos. Univ. Politécnica de Madrid. 


Bases del diseño de un dispositivo para la evaluación no destructiva de la textura en frutos y hortalizas.

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