ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE AUTOMATIZACION I
PROYECTO
TEMA:
PROCESO DE PAPAS FRITAS.
NOMBRE:
CARLOS ANDRES RIVERA JARA
PROFESOR:
ING
MANZUR HANNA FUAD ALBERTO
2010-2011
PROCESADORA DE PAPAS FRITAS. 1. INTRODUCCIÓN. En décadas pasadas, la gente ha gastado una gran cantidad de dinero y energía investigando varios métodos de procesamiento de alimentos. Los resultados de ésta investigación ha mostrado que el procesamiento de alimentos no sólo envuelve la calidad de las materias primas, los procesos de manufactura, el empaque, el cambio químico que puede ocurrir durante su almacenamiento, y las preferencias del consumidor, sino también la maquinaria y equipo utilizados en su procesamiento. El uso de maquinaria automatizada es preferible que otros tipos de máquinas porque es más higiénico e incrementa la producción de cualquier planta procesadora de alimentos. Los equipos para este proceso fueron adaptados de utensilios de cocina: las papas fueron frecuentemente peladas a mano, luego cortadas en rodajas en una cortadora de carne antes de empezar a freírlos en una canasta de alambre inmerso en un recipiente abierto de aceite caliente. Estas operaciones con un alto contenido de trabajos manuales son obviamente inapropiadas para grandes volúmenes de producción y han sido reemplazados por equipos automáticos y principalmente continuos.
OBJETIVOS
Comprender el funcionamiento del proceso de hacer papas fritas.
Crear un programa que controle el proceso de elaboración de papas fritas a través de la herramienta de programación de proficy Machine Edition.
Utilizar los conocimientos que se adquirieron en las clases de automatización 1 para llevar a cabo el proyecto.
Reconocer el tipo de sensores que participan en el proceso de elaboración de papas fritas.
Investigar y obtener el conocimiento que son necesario para realizar este proceso que anteriormente era 20% semi -automático y tratar de automatizarlo a un 100%.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. Almacenamiento de materia prima Este paso es muy importante ya que se seleccionan las papas con contenido de azúcar bajos o se los almacena a una temperatura que produzca la minimización de estas sustancias.
Cargado en la tolva Se llena una tolva de papas de capacidad de 2.5 toneladas que luego van a ser lavadas.
Lavado. Primero, las papas son completamente lavadas, no sólo por razones higiénicas, sino también para prevenir la suciedad o los granitos de arena.
Pelado. Se realiza un lavado por medio de una cuba giratoria que por medio de friccion de varios rodillos que realiza el pelado Las ventajas de los peladores por fricción son que ellos son sencillos, sólidos, y de bajo costo.
Separador Después de peladas, las papas pequeñas son separadas de las grandes por medio de unas rendijas hechas solo para el paso de las pequeñas.
Cortado o rebanado. Las papas peladas son cortadas en rodajas o rebanadas de 1/15 a 1/25 pulgadas por una rebanadora rotativa. (Se obtiene una media de 36 patatas por cada patata, cada rodaja se corta a 1,5 milímetros de grosor como medida estándar, aunque esto puede variar graduando la máquina para el corte, dependiendo de las necesidades de la industria)
Lavado Debido a la gran velocidad de la corriente de agua, la patata se lanza por la cuchilla. Gracias a esta alta velocidad (aproximadamente 100 kilómetros por hora) se puede conseguir cualquier forma que se desee.
Secado Luego de que se lavan las patatas en agua fría durante un minuto y posteriormente pasan por un túnel de secado para eliminar el exceso de agua.
Fritura. Este equipo incluye freidoras calentadas por tuberías de inmersión de gas así como de unidades suministradas por cambiadores de calor externo. Hay un sistema transportador especial que empuja cualquier rebanada flotante debajo de la superficie del aceite y disminuye su avance hasta que ellos reciban suficiente tratamiento de calor.
SE frieran las patatas a una temperatura de 175º C . Al freír las patatas a altas temperaturas, superando los 175º centígrados, se calientan tan deprisa que no tienen tiempo de absorber humedad y así ofrecen una textura crujiente de grano fino. Esto dura 3 minutos en la freidora lo cual garantiza que las papas salgan crujiente a un punto agradable al paladar.
Transportador de enfriamiento Una vez fritas es necesario escurrir las rodajas de patatas, proceso que se realiza durante su transporte a través de una cinta de rejilla larga.
Maquina Eliminadora de papas quemas. En este proceso se encarga una maquina la cual tienes un software encargado de detectar por medio de sensores lo cual para captar la imagen en color se necesitan varios sistemas de filtros de color en el sensor de imagen. Luego de captar la papa quemada este se encarga se succionarla la papa defectuosa.
Máquina rociador de condimentos. Esta máquina seguidamente le incorpora la sal. De nuevo se somete a las patatas a un proceso de selección que eliminará aquellos chips que presenten manchas y que no resulten agradables a la vista del consumidor. Las patatas seleccionadas pasarán por una última fase antes de ser pesadas empaquetadas y distribuidas, en esta fase se le añaden los aromas y condimentos que permiten ofrecer patatas al jamón, a la barbacoa, a la pimienta, con orégano, etc.
DETALLES DEL FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO MANUAL DE USUARIO. El operario antes de dar marcha primero debe de tener todos los tanques llenos, tales que son el de agua los cuales son dos: uno para el lavado de las papas y otro para el lavado de las papas después de ser cortadas. Debe de verificar que la freidora tenga aceite y que el tanque de saborizante este lleno, que en nuestro caso es el tanque de la sal. Dado que si no se cumple estas condiciones no se podrá dar marcha por que son requisitos para empezar a producir papa fritas. Luego de verificar lo antes mencionado se podrá dar marcha con el pulsador (%I1) y en caso de emergencia para querer parar la producción contamos con (%I2)
Tanque de papas (Tolva) El tanque de papas de dos toneladas y medias tiene sensores de nivel (sensor capacitivo para sólidos) este nos indicara tres niveles que por medio de la Analógica en el proficy Machine Edition se la simulo, este nos va a indicar un nivel lleno con (%Q1) un nivel medio (%Q2) y un bajo con (%Q3), la tolva debe de estar llena para comenzar el proceso de abrir su compuerta. Esta valido para que si el usuario si quiere comenzar el proceso con el nivel de papas medio, una compuerta manual (%I6). La compuesta se abrirá solo cuando se valida lo siguientes:
El nivel de los dos tanques de agua estén en alto esto nos lo indica los dos sensores capacitivos de los respectivos tanques se representa esto con el encendido de (%Q33). El nivel de Aceite sea el adecuado esto nos lo indica el sensor de nivel óptico tienen capacidad para actuar en líquidos que se encuentran a altas temperaturas.(%I3). Al cumplirse que los tanques de agua estén llenos y el de aceite también, se manda a indicar por medio de una (%Q9). El nivel de temperatura del Aceite debe de esta entre 175 grados centígrados y 190 grados centígrados esto nos lo indica (%Q5). Luego de detectar si el nivel de la tolva esta en alto se manda a prender todas las maquinas transportadoras de la ultima hasta la primera.
Después de suceder todo esto se abrirá la compuerta de la tolva la cual se visualiza con (%Q4).
Lavadora
Después de abrir la compuerta caen las papas en una banda transportadora de rejillas (%Q11). Para que caiga la tierra de ellas, luego se activa un sensor Fotoeléctricos colocado a la mitad de la banda transportadora 1, este sensor va a indicar que hay papas en la banda y por ende manda encender la máquina de lavado (Motor que hace girar una cuba grade con cepillos) (%Q23) Y la válvula 1 (%Q22).
Reservorio de Agua 1 Este está compuesto por sensores capacitivos de nivel el cual nos indica si está lleno o medio o vacio que es un nivel crítico, la %I26 (On=lleno Off=medio) y la %I32 ( On= nivel crítico bajo). Cuando percibe el nivel medio manda a encender una bomba %Q38 la cual va a suministrar el tanque de Agua1
Peladora de Papas Las papas que pasan por la banda transportadora 2 %Q12 lleva a la cortadora ,en medio de ella se encuentra un sensor Fotoeléctricos que indica que si hay papas para cortar %I8, cuando este indica que hay papas próxima a la peladora manda a encender la peladora %Q25. En el caso que el sensor deje de percibir papas se activara unos 4 minutos de espera si es que detecta papas caso contrario se apagara.
Separadora de papas Pasa anteriormente por la banda transportadora 3 %Q13 la cual une la salida de la peladora con la entrada de la separadora. Esta máquina hace que las papas pequeñas caigan y no sean utilizadas para este proceso, por medio de unas hendiduras y barras inclinas que empujan las papas grandes. Las papas que caen se las utiliza para el proceso de papas cortadas listas para freírlas cuando las compre el usuario. El encendido de esta máquina está condicionado si es que las bandas trasportadoras siguientes todas están encendidas, entonces se prendera la Separadora %Q27 , esto indica que el motor de dicha maquina esta activo.
Cortadora Después de la separadora las papas pasan por la banda transportadora4 %Q14 y luego a la banda transportadora 5 %Q15 la cual es una en forma de espiral con pequeñas cavidades exactas para las papas promedio elegidas por el separador esta banda transportadora es lenta dado que vas a caer poco a poco las papas en la cortadora %Q29, la cortadora es graduada para hacer un corte 1/15 de pulgada. Para realizar el corte de las papas se encuentra presente un sensor Fotoeléctricos en la banda transportadora 5 %Q15 que al estar presente las papas subiendo se encenderá la cortadora . En caso de no percibir papas se espera 4 minutos antes de que se apague la cortadora.
Baño de las papas cortadas Esta se enciende simultáneamente con la cortadora dado que el cortado es inmediato y caen en un canal de agua donde se lavan las papas cortadas
El encendido del baño se lo conoce con la apertura de la válvula 2 %Q35, pero debe de estar el Reservorio de agua en un nivel alto o medio, no critico dado que se cierra la válvula y la maquina cortadora y por ende todo de ahí en adelante.
Reservorio de Agua 2 Este es un tanque de agua el cual tiene sensores capacitivo de nivel el cual nos índica si está lleno o medio o vacio que es un nivel crítico, la %I27 (On=lleno Off=medio) y la %I33 ( On= nivel crítico bajo). Cuando percibe el nivel crítico manda a una alarma %Q41 Cuando percibe el nivel medio manda a encender una bomba %Q28 la cual va a suministrar el tanque de Agua1
Escurrido Este proceso se realiza cuando está pasando por la banda transportadora 6 %Q16 dado que la maquina está colocado encima de ella con una secado que ocupa la mitad de ella, para el encendido del escurrido %Q44 se coloco un sensor Fotoeléctricos %I10 a la entrada de la banda transportadora 6 la cual indica que si hay papas próximo a la máquina de Escurrido.
Freidora La freidora es la primera en encenderse y la ultima en apagarse, la condición de encenderse es que el tanque de Aceite este lleno %I3 lo cual después de la marcha se encienden las calderas 1 y 2 %Q51 y %Q52, estas calientan el aceite el nivel de temperatura se lo manipula por medio de sensores de nivel resistivos que censa si esta baja la temperatura o en alta temperatura , nos indica si la temperatura es adecuada con la salida %Q5, en caso de bajar la temperatura se enciende una caldera auxiliar %Q8 y en caso de subir se apaga una caldera. Al encender la freidora se enciende un motor giratorio %Q42 el cuan hace circular el aceite de un extremo al otro, también se encenderá una banda transportadora de la freidora pero esta se encendió secuencialmente en conjunto con las demás banda. La freidora consta con un filtrado automatizado del aceite pero dado que el aceite no se puede filtrar mucho y su tiempo de uso es limitado se añadió una %I11 la cual hace poner en pausa todo lo anterior a la freidora para hacer el cambio de aceite, este proceso no se hace mucho dado que el filtrado de dicho aceite puede durar en la jornada de trabajo del día.
Maquina Eliminadora de papas quemas. Este proceso se encuentra fijado en la banda transportadora 7 %Q17 En este proceso se encarga una maquina la cual tienes un software encargado de detectar por medio de sensores %I12 lo cual para captar la imagen en color se necesitan varios sistemas de filtros de color en el sensor de imagen. Luego de captar la papa quemada este se encarga se succionarla la papa defectuosa por medio de motor Aspiradora, esto se indica por medio de %Q48
Ionización Este se coloca encima de la ultima banda transportadora 8 %Q18, antes de la máquina de ionización se encuentra un sensor Fotoeléctricos %I18 el cual indica cerca de la maquina si hay papas la cual indica que se abra la válvula en conjunto con el motor vibrador %Q50 que esparce las sal cuando las papas pasen El tanque de ionización tiene sensores capacitos en cual indica en qué nivel esta, su si esta en alto %I4 (On= alto, Off= medio) y %I38 (On= nivel bajo critico).
Apagado Si los todos los sensores de papas están en off y si el nivel de papas de la tolva es vacio o bajo en nuestro caso se apagara todo el proceso.
Protecciones Todos los equipos tienes protección, sus térmicos respectivamente.
INFORMACIÓN GENERAL DEL PROCESO. DIAGRAMA DE FLUJO.
DIAGRAMA DEL PLC
Encendido %I1 Paro
P
%I2
Aceite tank %I3 Saborizante ionización
Cambio gas
%Q2
MEDIO
%Q3
BAJO
%I4
%I5
L
%Q5
%I6
Sensor_pelapapa
LLENO
%Q4
Compuerta Manual
Sensor_Lava_papas
%Q1
%I7
%I8
Sensor _ cortadora %I9 Sensor_Escurrido %I10 Cambio_de_Aceite
TEMPERATURA_OK
%Q6
PROCESO_BIEN
%Q7
MAQUINA_SIN_ PAPAS
%Q8
C
COMPUERTA_ TOLVA
%Q9
%Q10
CALDER_AUXILIAR
CONDICION_TANQ _LLENOS OK_BAN_TRANS
%Q11
TRANS1
%Q12
TRANS2
%Q13
TRANS3
%Q14
TRANS4
%Q15
TRANS5
%I11 Sensor_Quemadas
%I12
Sensor_ionizacion %I13
Ol_Transp 1
%I14
Ol_Transp2
%I15
Ol_Transp3
%I16
Ol_Transp4 Ol_Transp5
Ol_Transp6
%I17
Ol_Transp8
%I21
Proteccion _lavadora
%I22
Proteccion _Peladora
%I23
Proteccion_ Separadora
%I24
Sensor_lleno vacio_tanq2 Proteccion _cortadora OL_Proteccion _Bomba2
%Q17
TRANS7
%Q18
TRANS8
L
%Q20
%I19 %I20
TRANS6
%Q19
%I18
Ol_Transp7
Sensor_lleno _vacio
P
%Q16
C
%Q21
Alarma_saborizante Tank_saborizante Saborizante_lleno
%Q22
Valvula1
%Q25
Peladora_On
%Q26
Alarma_sensor Peladora
%Q27
Separador_ON
%Q28
Bomba_Agua_ papasCortadas
%Q29
On_Cortadora
%Q30
Alarma_Cortadora
%Q31
TanqueAgua1
%Q32
TanqueAgua2
%I26
%I27
%I28
%I29
Ol_Proteccion _Bomba1
%I30
Ol_Proteccion _escurrido
%I31
Nivel_critico _tank1
%I32
Nivel_critico _tank2
%I33
Ol_Proteccion_ Motor_freidora OL_Proteccion _Trans_freidora Ol_Proteccion_ Motor_ionizacion Ol_Proteccion_ Motor_Aspirador Nivel_Critico_ Saborizante
P
%Q35
Valvula2_Agua
L
%Q38
%I35
%I36
%I38
Tanques_llenos _Agua
%Q37
%I34
%I37
%Q33
Alarma_Tanque2
%Q40
AlarmaTanque_1 _Critico
%Q41
Alarma_Nivel _Critico_2
%Q43
%Q44
On_Peladora_ Motor Trans_Freidora Escurrido
%Q45
Alarma_Sensor _escurrido
%Q46
Cambio_de_Aceite
%Q47
On_Separadora
%Q48
Motor_Succionar _quemadas
%A19
%A18
Bomba1
%Q39
%Q42
C
Alarma_Tanq1
%Q49
Alarma_Critico_ Saborizante
C
L
P
%Q50
Motor_ionizacion
%Q51
Caldera1
%Q52
Caldera2
%Q55
Papas_en _Trans_io nizacion
DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA. CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN. Una planta equipada con la maquinaria y equipo descrita anteriormente, operando un turno de ocho horas diarias, 25 días al mes, podría ser capaz de producir 2000 Kg de papas fritas por día.
MATERIAS PRIMAS. Sal Papas. Curry.(si desea papa con sabor) Agua. Aceite vegetal. Especias.
REQUERIMIENTO DE MANO DE OBRA. CLASIFICACIÓN DEL TRABAJO.
N° DE PERSONAS.
Lavado.
1
Recorte.
1
Rebanado.
1
Fritura.
1
TOTAL.
4
3.4 MAQUINARIA Y EQUIPO. ITEMS.
N° DE MÁQUINAS.
POTENCIA.
Tanque lavador.
1
Máquina lavadora.
1
1 HP
Pelador.
1
½ HP
Mesa de recorte.
1
Rebanadora.
1
550 W
Transportador de lavado.
1
3 1/10 HP
Freidora.
1
1 ½ HP
Transporte y enfriamiento.
1
1 HP + 4 W
Rociador de condimentos.
1
½ HP
LOCALIZACIÓN. La planta procesadora de papas fritas, puede ser localizada en un lugar con suministros abundantes de papa de calidad y donde haya una gran disponibilidad de transporte.
GASTOS GENERALES DE PLANTA. Potencia eléctrica: 15 Kw. Consumo de agua: 2,000 litros por hora. Aceite fresco: 160 litros por día.
3.7 AREA DE TERRENO Y EDIFICIO. Area total de la planta: 25m (largo) x 15m (ancho) Área de la línea de producción: 300 m2.
3.8 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA.
1.
Almacén de materias primas.
2.
Tanque lavador.
3.
Máquina lavadora.
4.
Pelado.
5.
Recorte.
6.
Transportador de lavado.
7.
Freidora.
8.
Transportador de enfriamiento.
9.
Rociador de sazonado.
10. Empaque. 11. Almacén de papas fritas.
Diagrama del procedimiento. 1. Selección de Papas.
2. Lavado
3. Pelado.
4. Separacion de papas pequeñas.
5. Banda trasportadora a Cortadora.
6. Cortado.
7. Lavado de las patatas cortadas.
8. Escurrido.
9. freírlas.
10. separación de las papas quemadas y muy pequeñas (Manual)
11. Ionizado.
CONCLUCIONES
Se utilizaron varias herramientas de programación del PLC para el proceso de elaboración de papas fritas, cuales son: temporizadores, contadores, manejo de entradas; que en generan fueron los sensores, y el control de las salidas que son las bobinas que representa: motores de trasportadoras, válvulas, bombas de agua, y las alarmas. Se logro de una forma general entender cómo se controlan los procesos de freír papas en la industria a través del PLC. Es necesario el uso de las protecciones en todas las etapas ya que estas protecciones evitan la destrucción total de los equipos, así se evita pérdidas materiales que involucra a la economía de la empresa. Se usaron diferentes tipos de sensores como los capacitivos para los niveles de los tanques, los fotoeléctricos para detectar la presencia de papas antes y después del corte dado que estos son más sensible a la detección de objetos pequeños y grandes, el sensor resistivo para detectar la temperatura del Aceiten dado que se utilizo este por su gran aguante, y el sensor óptico el cual indica el nivel de aceite por su gran manejo de altas temperaturas se eligió este. La programación del PLC, requirió realizar de diagramas denominados: diagramas de tiempo, en los cuales se describen de manera fácil y sencilla cuándo y por cuánto tiempo estará activados o desactivados los diferentes elementos de trabajo. Para concluir podemos decir que el proyecto escogido tiene mucho retos tanto de diseño como económico, pero sabemos que cualquier proyecto siempre es así, y que con el paso del tiempo se volverá más común y barato, y que las partes redituables fue que nos hace comprender mejor la manera en cómo se lleva a cabo una automatización, ya que no siempre se requiere conseguir los dispositivos necesarios para ello, sino diseñar un nuevo proceso en base al anterior y de ahí observar que es lo que se requiere para que se pueda actualizar el proceso y hacerlo autónomo.
RECOMENDACIONES:
El tipo de papas a utilizar como materia prima es vital, seleccionar papas con bajo nivel de contenido de agua, como las tipo Bintje, u holandesas de cascara fina. Aprenderá en la práctica, solo al corte reconocer. Atender al lavado y cepillado en 65/80 rpm, atendiendo al tipo de papas y su estado de almacenaje anterior.
Ya existen algunos mercados, que prefieren las papas fritas con cascaras, (cascara fina) en este caso el lavado y sanitado debe ser redoblado.
Es de suma importancia sacar y descartar cualquier papa con síntomas o señales de contaminación o no aptar al proceso, recordar que el fuerte de la propuesta es papas fritas naturales. también es necesario notar, que la papa no se puede exponer al ambiente, una vez pelada debe ser colocada en baldes o bandejas con agua, hasta fritar. aquí es aprovechable, poner una solución de limón como conservante natural (acido cítrico), al 2,5 %. Antes del fritado, aumenta la vida en góndolas. En las pequeñas fabricas se estila la aplicación de una solución de sal al 1.0 % el que también actúa como preservante y en reposo ayuda a liberar agua. se adiciona una solución de azúcar al 0.5% para conservar, acentúa el color dorado y su textura crocante. Pero, para esto ultimo, es necesario testar la papa, que debido a sus azucares reductores ya contenidos en la papa, pueden redundar y hacer que la papa se queme, Es ahí donde reside la mano, los secretos y la tecnología propia del micro industrial. Cortadas las papas son lavadas en agua corriente para la retirada del exceso de almidón en su superficie provocada por el corte, pero junto con eso se evita que ellas se peguen al ser fritadas. Para evitar que la papa se ennegrezca por la fritura, lo que ocurre con algunas variedades, que contiene sus azucares reductores altos, se realiza un tratamiento antioxidante a base de meta bisulfito de sodio con una solución al 02% de preferencia a una temperatura de 60/70ºC. durante un periodo de 45-60 segundos. La temperatura de fritado de las papas es del orden de los 180ºC. lo cual se recomienda no ultrapasar los 195ºC sobre el riesgo de quemar las papas. El tiempo de fritura es en promedio 2.5/3.0 minutos variando conforme la espesura del corte y el tipo de papas utilizado. Haga siempre un teste de fritura La fritura de la papa es realizado con aceites hidrogenados, NO usar aceites líquidos, de preferencia de soja y algodón, los cuales ya contienen sus propios antioxidantes que minimizaran sus efectos para la conservación en góndolas.
