Desarrollo de un prototipo de sensor de laboratorio para cuantificar los gases volátiles del proceso respiratorio de uchuva fresca empacada | Development of a laboratory sensor prototype to quantify the volatile gases of the respiratory process of packaged fresh goldenberry

Colombia se ha consolidado como uno de los principales exportadores de uchuva, con exportaciones que alcanzaron 8,071 toneladas en 2022 y un incremento del 16% en 2021. En 2023, la uchuva logró ingresar al mercado mexicano, consolidándose como un producto de alto impacto económico en el ámbito internacional. No obstante, debido a su carácter climatérico, la uchuva continúa madurando después de ser cosechada, lo que la convierte en un fruto altamente perecedero con una vida útil limitada. Este desafío ha motivado a laboratorios e industrias a investigar métodos para mejorar su conservación mediante el control de la atmósfera en los empaques, aunque muchos de los dispositivos utilizados actualmente son costosos y de difícil acceso. En este contexto, el objetivo del prototipo desarrollado fue detectar, medir y cuantificar los gases CO2 y O2 generados durante el proceso respiratorio de la uchuva fresca en su empaque, proporcionando una solución de monitoreo eficiente y económica que sea accesible frente a los dispositivos tradicionales empleados en la industria. La primera fase del proyecto consistió en el diseño conceptual del prototipo, fundamentado en una revisión bibliográfica que guió la selección de componentes y la integración de sensores adecuados para el sistema. Posteriormente, en la segunda fase, se abordó la integración y construcción del sistema, que está compuesto por dos cajas: una cámara de monitoreo de acrílico para examinar el proceso respiratorio de las frutas, con un sensor de CO2 infrarrojo; y una caja de madera que alberga los componentes electrónicos, responsables de la adquisición de datos y su visualización en la interfaz desarrollada. En la fase final, se realizó la evaluación del prototipo, comparando los resultados con un equipo comercial del laboratorio de postcosecha de la Universidad Nacional de Colombia. Las muestras de uchuva fueron adquiridas en almacenes de cadena Éxito, simulando un escenario real de comercialización. Aunque el prototipo cumplió con su función básica, se identificaron discrepancias importantes en comparación con el equipo comercial. Las mediciones de CO2 se vieron afectadas por fugas en la cámara de respiración y el sensor alcanzó su límite de saturación, lo que impidió una correlación precisa entre ambos equipos. Es por ello que se realizó un rediseño en todo el sistema de la cámara del prototipo, y se rectificó la medición del sensor de CO2 adquirido, mediante una revisión a la hoja de datos, que al realizar nuevamente pruebas al tener en cuenta estos rediseños y soluciones planteadas, se observó una mejora en los resultados obtenidos. Como se destaca en las conclusiones, la selección del sensor de bajo costo fue una de las principales causas que generaran altas discrepancias en los datos tomados, por lo que hacía una comparación con el equipo Oxybaby evidenció limitaciones en su rango de medición, contribuyendo a los errores observados en las lecturas de CO2. Estos hallazgos resaltan la importancia de adquirir tecnologías que pueden ser más costosas, pero viables para el sistema y así mejorar la precisión de las mediciones en futuras iteraciones. Este documento presenta en detalle cada etapa del desarrollo, las pruebas realizadas, el análisis de los datos obtenidos, y las soluciones y pruebas adicionales desarrolladas, junto con las recomendaciones para mejorar el prototipo en futuras investigaciones.

Bioingeniero

Pregrado

Colombia has consolidated itself as one of the main exporters of uchuva, with exports reaching 8,071 tons in 2022 and an increase of 16% in 2021. In 2023, uchuva managed to enter the Mexican market, consolidating itself as a product with high economic impact on the international scene. However, due to its climacteric nature, the uchuva continues to mature after being harvested, which makes it a highly perishable fruit with a limited shelf life. This challenge has motivated laboratories and industries to investigate methods of improving their conservation by controlling the atmosphere in packaging, although many of the devices currently used are expensive and difficult to access. In this context, the objective of the developed prototype was to detect, measure and quantify the CO2 and O2 gases generated during the respiratory process of the fresh uchuva in its packaging, providing an efficient and cost-effective monitoring solution that is accessible compared to traditional devices used in industry. The first phase of the project consisted of the conceptual design of the prototype, based on a literature review that guided the selection of components and the integration of sensors suitable for the system. Subsequently, in the second phase, we tackled the integration and construction of the system, which is composed of two boxes: an acrylic monitoring camera to examine the respiratory process of fruits, with an infrared CO2 sensor; and a wooden box housing the electronic components, responsible for data acquisition and its display in the developed interface. In the final phase, the prototype was evaluated by comparing the results with a commercial team from the post-harvest laboratory of the National University of Colombia. The samples of uchuva were acquired in stores chain Success, simulating a real scenario of marketing. Although the prototype fulfilled its basic function, significant discrepancies were identified in comparison with the commercial equipment. This is why the entire prototype chamber system was redesigned and the measurement of the acquired CO2 sensor was rectified by reviewing the data sheet. When testing again taking into account these redesigns and proposed solutions, an improvement in the results obtained was observed. As highlighted in the conclusions, the selection of the low-cost sensor was one of the main causes that generated high discrepancies in the data taken, so a comparison with the Oxybaby equipment showed limitations in its measurement range, contributing to the errors observed in the CO2 readings. These findings highlight the importance of acquiring technologies that may be more expensive, but viable for the system and thus improve the accuracy of measurements in future iterations. This document presents in detail each stage of development, the tests carried out and the analysis of the data obtained, together with recommendations for improving the prototype in future research.