Tecnología de los electrodomésticos

Modelado del cocinado doméstico 

Descripción:

La mejora de la eficiencia y sostenibilidad en el proceso de cocción de alimentos implica el desafío de optimizar los electrodomésticos para asegurar un uso y transmisión de energía más efectivos. La simulación numérica es una herramienta útil para este propósito, ya que permite replicar el proceso de cocción reduciendo el uso de recursos durante las fases de diseño de los electrodomésticos. Además, nos proporciona un mejor entendimiento de las transformaciones que ocurren en los alimentos durante la cocción. La simulación puede ayudar a seleccionar las condiciones de cocinado que mejoran la eficiencia energética, definir escenarios que garanticen la seguridad alimentaria desde un punto de vista microbiológico, y establecer las condiciones para obtener alimentos cocinados con las características sensoriales adecuadas, como la textura y la masticabilidad. 

Líneas de investigación:

• Modelado multifísico de procesos de cocinado domésticos. 
• Caracterización de las propiedades de los alimentos necesarias para alimentar los modelos numéricos. 
• Generación de una amplia base de datos, obtenidos mediante simulación numérica, de diferentes escenarios de cocinado que correspondan a situaciones reales a las que el usuario se puede enfrentar en su entorno doméstico. 
• Desarrollo de gemelos digitales que permitan obtener las características del cocinado en tiempo real. Aplicación de estrategias de inteligencia artificial, redes neuronales y modelos de orden reducido. 

Algunos resultados destacados:

• Modelo multifísico para el cocinado doméstico en placas de inducción de crepes. 
• Modelo multifísico para el cocinado tipo plancha de alimentos cárnicos. 
• Modelado de la transformación del color durante el cocinado. 
• Diseño de un gemelo digital para ayuda al usuario en el cocinado óptimo de crepes.

Laboratorio de Control de Sistemas “Control Systems Lab” 

Descripción: 

El laboratorio de Control de Sistemas dentro del grupo Ropert aborda diferentes aspectos del control, con un enfoque que va desde la investigación científica, hasta la aplicación práctica en elementos comerciales colaborando con empresas de relevancia internacional. Son muchos los retos que se plantean, para conseguir electrodomésticos más eficientes, más seguros, más robustos y, más amigables y fáciles de usar. En todos ellos el control juega un papel fundamental y aparece en ámbitos que van desde los básicos de control de los componentes electrónicos que permiten aportar energía a los recipientes, hasta en los más avanzados de interfases inteligentes. 

Proyectos y resultados relevantes: 

• Modelado dinámico para el control de temperatura en procesos de ebullición y fritura. 
• Algoritmos de control de cocinado basados en visión. 
• Algoritmos para detección de recipientes en cocinas multi-inductor. 
• Algoritmos de cobertura óptima para calentamiento de recipientes con inductores móviles. 
• Control de cocinas mediante interfases gestuales.

Control electrónico digital 

Descripción: 

Las encimeras de inducción incorporan un sistema electrónico digital encargado de supervisar y controlar su funcionamiento. Por así decirlo el sistema de control consituye el cerebro de una encimea de inducción. De esta forma, el sistema de control se encarga de recibir las consignas del ususario y traducirlas a los distintos niveles de potencia de cocinado. También se encarga de realizar la detección automática de recipiente o de hacer una estimación de la temperatura del recipiente. Por otro lado también interviene en la monitorización de distintas señales relacionadas con la segurad de uso, como la temperatura del bobinado o la corriente y temperatura de los dispositivos electrónicos. Por úlimo, las encimeras de inducción no son ajenas al actual tendencia hacia la conectividad mediante internet o Bluetooth y el control del funcionamiento mediante aplicaciones en dispositivos móviles. El control digital se encarga de supervisar estas funciones. 

Principales líneas de trabajo: 

• Detección automática del tipo, tamaño, forma y posición de recipientes mediante algoritmos de inteligencia artificial y redes neuronales bayesianas. 
• Desarrollo de controladores digitales integrados mediante plataformas System-on-Chip (SoC) y Hardware -in-the-Loop (HiL). 
• Filtros activos para compatibilidad electromagnética. 

Resultados destacados a lo largo de la colaboración con BSH: 

• Diseño microelectrónico de 8 generaciones de circuitos integrados de propósito específico para el control de encimeras de inducción. Desde 1 micra y 1000 puertas en 1990 a 90nm y 120.000 puertas en 2015. 
• Desarrollo de sistemas de medida y digitalización de señales eléctricas de bajo coste. 
• Desarrollo e implementación de sistemas de medida de potencia para varios fuegos de inducción de forma simultánea. 
• Estrategias de control de potencia para encimeras de varios fuegos.

Fotónica y estética 

Descripción: 

Las placas de cocción de los sistemas de calentamiento por inducción electromagnética utilizan en general un cristal vitrocerámico, tradicionalmente negro, sobre el que se colocan los recipientes con alimentos para su cocinado, pero también es la parte externa de la cocina que cumple la función de ser la interfaz con el usuario. Por esta razón, el fabricante de placas de inducción BSH comenzó a interesarse por el aspecto estético de esta superficie, así como por las propiedades ópticas de la misma. Posteriormente, han surgido necesidades de incorporar iluminación en la placa vitrocerámica que pudieran ser útiles para temas de seguridad como la indicación de zonas calientes o áreas de encendido. Desde el comienzo, el grupo de investigación GTF ha trabajado en estrecha colaboración con la empresa BSH, estudiando en profundidad los fenómenos físicos implicados, realizando experimentación y construyendo prototipos, así como poniendo a punto herramientas de simulación que permitan predecir el comportamiento de los sistemas desarrollados. La colaboración con la empresa continúa para dar soporte tanto en la selección de materiales como en el estudio de nuevos diseños. 

Líneas de investigación: 

• Estudio de propiedades ópticas, eléctricas y térmicas de recubrimientos decorativos realizados mediante PVD, aplicados a cocinas de inducción. 
• Estudio de distintas soluciones de iluminación en la cocina de inducción, basadas en distintas tecnologías, tales como la aplicación de láminas electroluminiscentes y el desarrollo de capas de compensación cromática sobre el cristal vitrocerámico, así como el uso de sistemas guiados difusores basados en la utilización de fuentes LED. 

Resultados destacados: 

• Desarrollo de recubrimientos estéticos para las placas vitrocerámicas que cumplen con todos los requerimientos para ser usados en cocinas de inducción. 
• Diseño y desarrollo de un sistema de iluminación funcional para las cocinas de inducción basado en el uso de guías difusoras y fuentes LED.

Sistemas inductores para encimeras de inducción 

Descripción: 

Los sistemas de calentamiento por inducción domésticos incorporan bobinados inductores que transfieren energía de forma inalámbrica a los recipientes mediante acoplamiento inductivo. El diseño de estos elementos es complejo y está sujeto a numerosas restricciones y exigentes especificaciones: elevado rendimiento inductivo, alta fiabilidad, facilidad de fabricación y coste contenido. En este contexto resulta crucial dominar la fenomenología subyacente y las técnicas experimentales que permitan avanzar hacia sistemas con prestaciones destacadas que compitan ventajosamente en un mercado global. 

Líneas de investigación: 

• Modelado multifísico de sistemas inductores. 
• Caracterización de los materiales utilizados para recipientes en las condiciones de funcionamiento. 
• Modelado de pérdidas en cables multifilares en régimen de corriente alterna. 
• Transferencia inalámbrica de potencia desde encimera de inducción. 

Resultados destacados: 

• Encimeras multi inductor, inductores con formas especiales, inductores para recipientes de gran tamaño. 
• Sistemas de detección automática de recipientes. 
• Sistemas inductores bajo encimera. 
• Transición hacia bobinados de aluminio en sustitución del cobre sin pérdida de prestaciones. 
• Implementaciones de bobinados en placa de circuito impreso (PCB)

Electrónica de potencia para inducción 

Descipción: 

Las etapas electrónicas de potencia proporcionan señales de tensión y corriente con niveles de amplitud y frecuencia apropiados para que el calentamiento por inducción tenga lugar. Estos niveles son muy diferentes a los que presenta el suministro eléctrico disponible en las viviendas y por lo tanto las etapas electrónicas deben realizar varias conversiones del formato de energía eléctrica con la mayor eficiencia posible. Para ello se utilizan dispositivos electrónicos fabricados con materiales semiconductores con los que se construyen etapas electrónicas convertidoras. El diseño de estas etapas y la forma de controlar los dispositivos electrónicos son las claves para lograr aplicaciones de inducción eficientes, compactas, seguras y de bajo coste. 

Principales líneas de trabajo: 

• Etapas electrónicas de potencia resonantes de altas prestaciones y eficiencia. 
• Etapas electrónicas multi salida matriciales. 
• Etapas electrónicas de un único dispositivo semiconductor para soluciones de bajo coste. 
• Sistemas de alimentación electrónica para transferencia inalámbrica de potencia desde encimera de inducción. 
• Aplicación al ámbito de la inducción de dispositivos electrónicos de última generación y altas prestaciones. 

Resultados destacados a lo largo de la colaboración con la empresa BSH: 

• Etapas electrónicas de potencia resonantes multi salida, eficientes y compactas que permitieron la integración en la propia encimera de la electrónica de control digital, de potencia y los bobinados inductores. 
• Etapas electrónicas con un balance optimizado entre prestaciones, simplicidad de fabricación y coste. 
• Etapas electrónicas multi salida para fuegos de inducción reconfigurables. 
• Estrategias de modulación con prestaciones avanzadas para el control de etapas de potencia en régimen de baja potencia.

Sensores y seguridad de usuario 

Descripción: 

La colaboración entre los grupos de investigación implicados, prolongada en el tiempo, y sumada a la comunicación constante con la empresa para definición de necesidades y requerimientos, ha posibilitado el diseño, desarrollo e implementación de diversos sensores en la gama de cocinas de inducción que fabrica BSH. Los principios de funcionamiento de los sensores, ya desarrollados o todavía en fase de estudio, son de diversa índole, pero todos tienen el objetivo común de dotar a la cocina con nuevas y mejoradas funcionalidades que aumenten la seguridad y optimicen la experiencia del usuario, siempre teniendo en mente, además, encaminarse hacia un ahorro energético y de costes. Las actividades de este laboratorio abarcan desde el entendimiento profundo de los procesos físicos implicados en la cocina, hasta la construcción y ensayo de prototipos, continuando posteriormente con el apoyo a la empresa para la selección y caracterización de componentes del sistema comercial final. 

Líneas de investigación: 

• Estimación de temperatura del recipiente en cocinas de inducción, tanto tradicionales (vitrocerámicas) como de cocción sobre encimera. 
• Diseño de un sensor de vibraciones para detección de la ebullición y prevención del desbordamiento del recipiente. 
• Detección de presencia y posición de recipientes en cocinas. 
• Estimación del grado de cocinado de alimentos mediante detección de su nivel de humedad. 

Resultados destacados: 

• Sistema de seguridad para evitar el sobre-calentamiento del recipiente en cocinas bajo encimera. 
• Sistema para sensado de temperatura de recipiente para cocinado en cocinas de inducción vitrocerámicas. 
• Sensor óptico de temperatura de recipiente para cocinas de gas.