LECCIÓN 40 DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS

Para la industria de alimentos, se dispone de equipos fabricados bajo normas y estandarizados a capacidades definidas, tal es el caso de envasadoras de botellas o enlatadoras, túneles de congelación, hornos, secadores, cutter, etc.

Otros equipos se fabrican acorde a las necesidades del usuario, como tanques, silos, transportadores, marmitas, etc.

Algunos equipos deben ser fabricados para ser colocados en sitios con aéreas y alturas muy definidos

El ingeniero debe establecer la capacidad de los equipos que requiera la planta y en muchos casos establecer un dimensionamiento para su ubicación en planta

Cronogramas

Ya en el anterior capítulo, estandarización de procesos, se han presentado los cronogramas para el proceso de elaboración de tamales.

Los cronogramas son necesarios para poder determinar el tamaño de equipos y de servicios principalmente en procesos de cochada.

Un resultado de integrar los cronogramas es la Hoja patrón, figura 12 del anterior capitulo, esta hoja se emplea como control operacional para el desarrollo de los procesos.

Los cronogramas más usuales son de:

· Operaciones

· Equipos individuales

· De Operaciones de Procesos en equipos consecutivos

· Servicios

· Mano de Obra.

 

Los cronogramas de operaciones se emplean para representar las operaciones que se llevan a cabo durante el desarrollo de operaciones unitarias y procesos unitarios realizados en un equipo en particular empleando una escala descendente para cada operación en particular.

Para la escala de tiempo se emplea una escala apropiada acorde al tiempo empleado en la etapa o proceso desarrollado en el equipo.

Para un proceso de cocción de carnes que demanda aproximadamente una hora se pude emplear una escala de 5 minutos, en tanto que para la fermentación de mostos que demandan una semana se puede emplear una escala de día o de segmentos de 12 horas.

Los cronogramas de equipos se hacen sobre una fila, como se observa en la parte inferior de la figura

Cronogramas de operaciones y de equipo

FIGURA 2

Los cronogramas de Operaciones de Procesos en equipos consecutivos, sirven de base para:

· la visualización del tiempo demandado en cada uno de los equipos del proceso y establecer el equipo dominante.

· verificar el número de cochadas a elaborar en periodos de tiempo

· elaboración de los cronogramas de servicios y de mano de obra.

· estudiar alternativas de proceso

· estudiar ampliaciones de planta.

Tamaño de los Equipos

De acuerdo a la estandarización del proceso se establecen los equipos requeridos para desarrollar el proceso

El tamaño de los equipos esta referido inicialmente a su capacidad de producción, como unidades ( volumen o pesos a procesar) ò flujos (magnitudes por unidad de tiempo) para tener un equipo correctamente utilizado.

El no realizar cálculos del tamaño lleva a tener equipos subutilizados por sobredimensionamiento o cuellos de botella por subdimensionamiento.

En la industria cárnica, se encuentran equipos como molinos o cúter que trabajan tan solo un 10 ò 20% del tiempo que trabajan los demás equipos.

Equipos de flujo continuo como transportadores, dosificadores y aun empacadoras son los cuellos de botella que más se presentan en la industria de alimentos.

El papel del ingeniero de alimentos es determinar el tamaño del sistema operacional, en lo que se constituye el diseño operacional de equipos.

Colateralmente se deben establecer dimensiones espaciales (largo, ancho, alto, diámetros, etc.) para la distribución de los equipos en planta.

Partiendo de los cronogramas de proceso, se establecen las operaciones de cochada y las continuas.

Para permitir un correcto empalme entre las operaciones continua y las de cochadas o viceversa se acostumbra a usar los tanques pulmón (o buffer) para líquidos y las mesas de acumulación para sólidos.

Para los equipos que trabajan continuamente la capacidad esta definida de acorde a los flujos de producción estimada esta en estudios de mercado, propios de la formulación del proyecto de la planta.

Generalmente la formulación de proyecto establece cifras de producción para periodos anuales y el mismo estudio define el tamaño óptimo de planta. Sin embargo con el uso de las herramientas de cálculos se puede tener un diseño de planta simultáneo para diferentes tamaños de producción, empleando la simulación operacional.

Calculo para equipos de proceso continuo.

El cálculo para los equipos de proceso continuo, se hace de acuerdo a los flujos másicos o volumétricos que maneja el equipo.

Debe recordarse que flujo es el transporte o transferencia de masa o volumen por unidad de tiempo.

Ejemplo 1. Al establecer el tamaño para una industria pasterizadora, se tiene cifras de 10.000.000 de kilos de leche al año. Es de anotar que la unidad internacional para el manejo de la leche es el kilo. Determinar la producción horaria por litros.

Los equipos de envasado están dimensionados en botellas ó litros o garrafas por hora.

Para determinar el tamaño de la ó las envasadoras se requiere llevar los 10.000.000 de kilos a botellas, litros ó garrafas por hora, .Siendo lo usual los litros, se empleará esta unidad.

Tomando una densidad promedio de la leche de 1,030 kg/l, la cantidad de leche a envasar es: 10.000.000 /1.030 = 9.708.738 litros.

En el caso de la industria pasterizadora, se laboran todos los días del año. De tal forma que la producción diaria será: 9.708.738 / 365 = 26.599 litros.

Tomando turno de 8 horas al día, y teniendo media hora de preparación y alistamiento de equipos y media hora de aseo y desinfección,

La producción horaria será de 26.599 / 7 = 3.800 l / hr. A continuación se presenta la respectiva hoja de cálculo.

 


TABLA 40-1 Cálculo de producción horaria

 

Probablemente no se encuentran en el mercado envasadoras de esta capacidad, pero se selecciona la que se aproxime por encima a esta capacidad.

Una capacidad mayor cubre la producción que se deja por las paradas en el envasado por diferentes causas, como baja presión en el vapor, fallas eléctricas y aún fallas mecánicas.

Diferente forma de cálculo se presenta en aquellas industrias que trabajan únicamente los días laborales y el sábado medio día, el otro medio día esta destinado generalmente a aseos completos de equipos e instalaciones.

Ejemplo 2. Establecer la capacidad de las envasadoras para una planta cervecera que producirá 1.800.000 hectolitros (Hl) al año.

En el ámbito cervecero estas son las unidades empleadas, en tanto que las botellas o latas son de 1/3 de litro.

Luego las botellas a envasar son

1.800.000 Hl x 100 l/hl x 3 bot/l = 540.000.000 de botellas

Para determinar el tiempo que trabajan en el envase, se debe tener en cuentas los dominicales, sábados, y días festivos.

Para Colombia se estima un promedio de 18 días como festivos a tener en cuenta y los sábados se trabaja mediodía.

Los días laborados serán

365 - 52 - 52/2 - 18 = 269

El envase diario ha de ser

540.000.000 / 269 = 2.074.349 botellas.

El salón de envase de una planta cervecera trabaja los tres turnos al día es decir 24 horas.

De las 24 horas dos se dedican al aseo de las lavadoras de botellas y pasterizadora de tal forma que el tiempo que trabajan las envasadoras es de 22 horas.

La capacidad horaria es de

2.074.349 / 22 = 91.247 botellas.

Los equipos mas grandes que existen en el mercado son de 10.000 decenas por hora[2], equivalente a 100.000 botellas horas. Tomando esta capacidad se requieren 91.247 /10.000 = 0.91 ====è 1 envasadora.

Ante la eventualidad de un daño, la planta se puede parar y no es conveniente tener una envasadora. Razones practicas llevan a disponer de dos o tres envasadoras de menor capacidad, que bien puede ser del orden de 5.000 botellas /hr.

Este número, permite tener una envasadora en mantenimiento que normalmente dura 20 días calendario.

A continuación se presenta la respectiva hoja de cálculo.

 

TABLA 40-2. Cálculo de producción para envasadora

 


Calculo de equipos para procesos por cochada.

El cálculo del tamaño de los equipos que procesan cochadas es algo más complejo pues involucra el conocimiento de las materias primas, productos en procesos, mermas y el empleo de los cronogramas de equipos.

Inicialmente se debe determinar el volumen de la cochada referenciado a un equipo en particular, una marmita, un tanque un biorreactor, un secador, etc.

Cuando se dispone de varios equipos secuenciales que elaboran cochadas se debe establecer cual equipo es el referenciado para la cochada y cual es el equipo dominante.

Al disponer de los cronogramas secuenciales de los diversos equipos, visualmente se establece el equipo dominante, aquel que demanda el mayor tiempo para realizar su proceso.

Tomando el ejemplo de la elaboración artesanal de los tamales, el equipo dominante es la marmita que demanda 3 horas.

El número de cochadas a realizar se establece tomando el tiempo que ha de laborar la planta, o los turnos a programar.

Al tomar un turno de 8 horas, el número de cochadas es de 8 / 3 = 2,66 =è 2 cochadas, mientras que en dos turnos ò 16 horas se trabajan 16 / 3 = 5,33 =è5 cochadas y para los tres turnos, 24 horas se pueden laborar 8 cochadas.

Una vez se han determinado las cochadas a elaborar se establece la capacidad del equipo.

Ejemplo 3. Establecer la capacidad de la marmita para producir 45.000 tamales mensuales. Si la planta ha de trabajar 3 turnos diarios.

Tomando una jornada laboral el sábado de 12 horas para proceso y 12 horas para aseo, a la semana se trabajan en producción, 5 x 24 + 12 = 132 horas lo que permite la elaboración de 132 / 3 = 44 cochadas semanales.

A la vez el promedio de semanas laboradas al mes es de 4,2, de tal forma que la marmita producirá 44 x 4,2 = 184 cochada.

El número de tamales por cochadas es de 45000 /184 = 245, que se pueden llevar a 250.

Ya en la ingeniería del detalle y con las dimensiones de cada tamal se entra a dimensionar la marmita.

Estos tamales se disponen en canastillas que se superponen una a otras.