I.
CARACTERISTICAS Y LOCALIZACION DE LA PLANTA
1.1.
Introducción
Embotelladoras Bolivianas Unidas Sociedad Anónima”EMBOL S.A” es una empresa que se dedica a la producción de bebidas con gas y sin gas llegando a posesionarse como una de las empresas más importantes del mercado nacional,
debido a la calidad del producto que ofrece, la distribución y la
atención que brinda a sus clientes le da el toque que la distingue. 1.2.
Antecedentes
En 1880 un coronel del sur de los estados Unidos de nombre John Styth Pemberton, químico farmacéutico de Atlanta y morfinómano empedernido desde que había acabado herido en la guerra de Secesión registro oficialmente un vino de coca, tónico y estimulante ideal, sobre la base de la bebida de hojas de coca de Ángelo Mariani (el conocido vino Mariani) fundando luego la Pemberton Chemical Company. Pemberton tuvo que modificar la mezcla del Dr. Mariani para registrarla luego de acuerdo a las medidas prohibicionistas de aquel entonces; el padre de la bebida más famosa de todo el mundo, entonces le quitó el componente alcohólico, para inscribirla como bebida no alcohólica, aumentándole cafeína, para mejorarle el sabor tan horrible que tenía en aquel entonces, haciéndolo también más estimulante le agrego algunas esencias aromáticas junto con nuez de cola un fruto africano con un alto contenido del alcaloide cafeína. Así con hoja de coca, nuez de cola, cafeína unas esencias y varios aceites la farmacia Jacobs puso a la venta el primer vaso de Coca Cola, en el mes de mayo de 1886, como excelente remedio después de una noche de borrachera. En 1873 el señor Asa G. Glander llegó a la ciudad de Atlanta con 1.75 $ en el bolsillo, tuvo tanto éxito que en 1889 adquirió el brevet del tónico del señor Pemberton por 2300 $. Dicho señor Glander y su hermano muy versados en relaciones públicas, convencidos de que una buena publicidad permite vender cualquier cosa, fundaron luego la Coca Cola Company quince 1
años más tarde se encontraban muy bien ubicados disponiendo de un capital de 50.000.000 $, según los comentarios. En 1894 el cartelista James Counden dibujo el logotipo de la bebida; en 1903 se eliminó la cocaína de la misma, mas no la hoja de coca hasta hoy en día. En 1915 apareció la conocidísima botellita de vidrio actual, cuyo dibujo fue encargado a Alexander Samuelson, colaborador de la J.C. Glass Company que se inspiró en una semilla de coca, encontrada en la enciclopedia británica. Actualmente la Coca Cola Company utiliza la hoja de coca en su famosa fórmula 7x, las hojas exportadas desde Bolivia y Perú a los Estados Unidos bajo estricto control de la D.E.A. pasan por un proceso de descocainización por parte de la Stephan Chemical Company, la hoja de coca ya descocainizada es adquirida por la Coca Cola Company, para la elaboración de la bebida. La fórmula 7x hasta hace poco era el secreto industrial mejor guardado del mundo, parece que sólo tres químicos estuvieron en conocimiento de la fórmula; Cliff Shillinglaw, fallecido en 1979, Orville May y Roberto Goyzueta, los cuales nunca viajaban en el mismo vehículo, tren o avión por no correr el riesgo de perecer todos juntos, llevándose a la tumba un secreto tan precioso. Sin embargo dicho secreto a sido desvelado por el escritor norteamericano Marck Pendergrast en su libro “Dios, Patria y Coca Cola”. La fórmula contiene: citrato de cafeína, extracto de vainilla, aromatizantes (naranja, limón, nuez moscada, canela, culantro, etc.), ácido cítrico, jugo de lima, azúcar, agua y EFC (extracto fluido de coca) de la mejor calidad. Desde la altura de su poder la Coca Cola Company a logrado un artículo en su favor , en la convención internacional de estupefacientes de 1961 y en el protocolo de la modificación de 1972, se trata del artículo número 27 que autoriza la libre circulación de un extracto saborizante, elaborado con hojas de coca y descocainizado.Los análisis realizados por el peruano Dr. Teobaldo Llosa indican la ausencia de benzoilecgonina, producto del metabolismo de la cocaína, en todas las muestras de Coca Cola examinadas. Pendergrast sostiene que no se ha 2
encontrado ningún rastro de cocaína en la Coca Cola, de acuerdo a los análisis del food and drugs administration (F.D.A.) la entidad de estado para el control de alimentos y medicamentos en Estados Unidos. En nuestro departamento la empresa
Embotelladoras
Unidas
Sociedad
Anónima
“EMBOL
S.A.”
actualmente, antes “Embotelladora COTOCA S.A.” Empezó a funcionar en el año 1972, año en el que solo producía los sabores de Coca Cola, Fanta y Sprite. Es a partir del 1982 que se empieza a implementar tecnología de punta en la embotelladora en cuanto a la modernización de los equipos se refiere, por lo que se hace la adquisición de una línea de producción de embotellado “Carballo 40” de marca Argentina, la cual era una de las de mayor capacidad de producción. En el año 1995 la embotelladora hace la adquisición de otra línea de producción, la línea “KHS 60” de marca Brasilera la cual está destinada al embotellado de botellas plásticas retornables y no retornables. Es a partir de este año que la “Embotelladora COTOCA S.A.” pasa a manos de inversionistas Chilenos los cuales se hacen cargo de la misma, conformándose una nueva sociedad con el nombre de “Embotelladoras Bolivianas Unidas S.A.” EMBOL S.A. En el año 2007 la empresa “EMBOL S.A.” hace la adquisición de una tercera línea de producción de embotellado “(C3-40) - 60” de marca Argentina la cual esta destinada al embotellado de botellas plásticas no retornables. Las
primeras
plantas
embotelladoras
estaban
ubicadas
en
La
Paz,
Cochabamba y Oruro quienes fueron las pioneras de “Embotelladoras Bolivianas unidas sociedad anónima” (EMBOL S. A.) En enero de 1996 se unen a EMBOL S.A. las ciudades de Santa Cruz, Sucre y Tarija. En la actualidad la empresa es una de las más reconocidas y comprometidas a nivel nacional e internacional, cuentan con:
Certificación ISO 9001: 2000 lo cual garantiza la máxima calidad en sus procesos
3
Certificación con la norma ISO 14001:2004 lo que refleja su constante protección hacia el medio ambiente y sus trabajadores.
Certificación OSHAS 18001, referida a seguridad industrial y salud ocupacional.
Esto les lleva a asumir un mayor compromiso el emprendimiento y la calidad en nuestro país. 1.3.
Razón social
La empresa en cuestión es “EMBOL S.A.” embotelladoras bolivianas unidas, la cual es representante legal en la ciudad de Santa Cruz de “the coca cola corporation company” en cuanto a la producción, comercialización y distribución de los productos en el departamento. 1.4.
Localización de la planta
La planta de producción de bebidas carbonatadas, “EMBOL S.A.” se encuentra localizada en el parque industrial de la ciudad de Santa Cruz de la Sierra zona este manzano PI-6, sobre el cuarto anillo entre la av. Paragua y Canal Cotoca. La ubicación y colindantes de la planta embotelladora de “EMBOL S.A.” se detallan a continuación. Tabla I-1 Superficie de la planta Area[m2]
Superficie superficie de Planta PI6
53000
superficie CD PI51
40000
superficie total
93000
% de ocupación
68.20%
4
Figura I-1 Vista satelital EMBOL. 1.5.
Características de la planta
Rubro: EMBOL S.A. corresponde al sector de la industria de alimentos de producción de bebidas con y sin gas. Misión y valores: Misión: Es llegar a poder cubrir la mayor parte del mercado y así a los diferentes niveles sociales de la población sin ningún tipo de distinción a través de una gran variedad de productos embotellados en sus diferentes formatos y sabores. 5
Visión Es consolidar el liderazgo en el mercado Boliviano con la producción y distribución de sus productos diferenciados en cuanto a la calidad y precio, lograr el máximo de rentabilidad y contribuir de esta manera al desarrollo del país. Valores Se basan en una política de la empresa llamada CRISEL:
Confianza Esperanza firme que se tiene al creer en alguien, sin más seguridad que la buena fe.
Respeto Manifestación de cortesía de una persona es aquella que considera las opiniones, trabajo y sentimientos de las otras personas.
Integridad Actuar con rectitud y honestidad intachables, procediendo de manera coherente con lo que se predica.
Servicio Comprender las necesidades y crear formas de satisfacerlas de la mejor manera.
Equipo Trabajo en equipo es indispensable para mantenernos unidos, compartir el trabajo dando lo mejor de uno para poder lograr los objetivos propuestos.
Lealtad Es leal quienes incapaz de traicionar, aquel que cumple con su trabajo y guarda fidelidad.
6
La embotelladora “EMBOL S.A.” es una empresa dedicada a la elaboración de bebidas gaseosas carbonatadas sin alcohol y
como tal se encuentra bajo
normas de autoridades sanitarias, locales, nacionales e internacionales. Por consiguiente debe cumplir estrictamente las normas establecidas, las cuales tienen que ser cumplidas a cabalidad y con escasos márgenes de variación por tal motivo cuenta con un laboratorio de aseguramiento de calidad. El departamento de control de calidad depende directamente de la gerencia Regional y trabaja conjuntamente con la gerencia de producción para llevar a cabo un estricto control de los productos que son elaborados en esta planta. Esta embotelladora también cuenta con una propia planta de soplado de envases plásticos retornables y no retornables que abastece en gran parte de envases a la planta de producción de bebidas carbonatadas, compensando lo restante con envases importados de Cochabamba y Tarija. En cuanto a los envases de vidrio son adquiridos de la planta de Cochabamba (Vidrilux S.A.) y de La Paz proveedor de envases retornables y no retornables.
7
GERENTE REGIONAL
GERENTE ADM. Y FINANZAS
GERENTE COMERCIAL
JEFE DE CONTABILIDAD Y ADMINISTRACION
JEFE VENTAS
JEFE RRH
GERENTE DE PRODUCCION
JEFE DE PRODUCCION
JEFE DE CONTROL INTERNO
JEFE DISTRIBUCION Y LOGISTICA
JEFE ASEG. CALIDAD
JEFE MANTENIMIENTO
SUPERVISOR SOPLADO
SUPERVISOR SISTEMAS
SUPERVISOR VENDING
SUPERVISOR ALMACENES FISICOS
SUPERVISOR SERV. MARKETING
SUPERVISOR ADQUISICIONES
SUPERVISOR DE EXPEDICION
SUPERVISOR PRODUCCION
SUPERVISOR PROCESOS
SUPERVISOR SISTEMA CALIDAD
Fig. I-2 Organigrama de la planta 1.6.
Líneas de producción
La planta de producción cuenta con 5 líneas de embotellado las cuales son:
Línea Meyer: solo formato REF PET instalada en el año 2014 Características: Llenadora.
52 válvulas
Capsuladora.
10 cabezales
Capacidad.
1000000 c.u./mes
Formato.
2000 RP 8
Velocidad.
150 bpm
Línea KHS: formato PET, REF PET y vidrio instalada en 1994 Características:
Llenadora.
60 válvulas
Capsuladora.
10 cabezales
Capacidad.
500000 c.u./ mes
Formato.
Velocidad
600 vi.
150 bpm
1000. vi.
150 bpm
2000 RP.
145 bpm
Línea Carballo: formatos vidrio 190 ml – 1 l. instalada en 1981 Características:
Llenadora.
40 válvulas
Capsuladora.
10 cabezales
Capacidad.
200000 c.u/ mes
Formato.
Velocidad
190 vi.
270 bpm
300vi.
270 bpm
350 vi.
270 bpm
600 vi.
220 bpm
1000 vi.
150 bpm
Línea K-54: Solo formato PET. instalada en 2014 Características: Llenadora.
54 válvulas
Capsuladora.
18 cabezales
Sopladora.
14 moldes
Capacidad.
1000000 c.u/ mes
Formato.
Velocidad
473 NR.
350 bpm 9
500.NR.
350 bpm
600 NR.
300 bpm
2000 NR.
216 bpm
Línea Sidel: Solo formato PET. instalada en el 2011 Características:
Llenadora.
135 válvulas
Capsuladora.
12 cabezales
Sopladora.
16 moldes
Capacidad.
2500000 c.u/mes
Formato.
Velocidad
473 NR.
480 bpm
500 NR.
480 bpm
2000 NR.
400 bpm
2500 NR.
333 bpm
Línea K-128: Solo formato PET. instalada en el 2015 Características:
Llenadora.
135 válvulas
Capsuladora.
16 cabezales
Sopladora.
16 moldes
Capacidad.
3500000. C.u/mes
Formato.
Velocidad
500 NR.
600 bpm
2000 NR.
466 bpm
2500 NR.
400 bpm
3000 NR.
333 bpm
Línea Bardi: Instalada a finales del 2015 y principios del 2016 se encuentra en proceso de pruebas:
10
Características:
1.7.
Llenadora.
3 válvulas
Capsuladora.
3 cabezales
Sopladora.
2 moldes
Formato.
Velocidad
6000
160 bpm
Capacidad de la planta
La planta embotelladora EMBOL S.A. cuenta con 6 líneas de producción las cuales son: Línea MEYER Con una capacidad de producción de aproximadamente 15000 l/h. Línea KHS Con una capacidad de producción de aproximadamente 26000 a 28000 l/h. Línea CARBALLO Con una capacidad de producción de aproximadamente 10000 a 12000 l/h. Línea K-54 Con una capacidad de producción de aproximadamente 28000 l/h. Línea SIDEL Con una capacidad de producción de aproximadamente 48000 l/h. Línea K-128 Con una capacidad de producción de aproximadamente 60000 l/h. La capacidad de producción está relacionada con la velocidad con que trabaje la llenadora y con las paradas de línea mientras más alta sea la velocidad de llenado mayor será la producción de la línea.
11
Producto: Fanta Símbolo
Sabor
Formato vol. (cc)
Envase
FN
Fanta naranja
2500
OW
FN
Fanta papaya
2500
OW
FN
Fanta naranja
2000
RP
FN
Fanta papaya
2000
RP
FN
Fanta naranja
2000
OW
FN
Fanta papaya
2000
OW
FN
Fanta naranja
1000
VI
FN
Fanta naranja
600
VI
FN
Fanta papaya
600
VI
FN
Fanta mandarina
500
OW
FN
Fanta papaya
500
OW
FN
Fanta naranja zero
500
OW
FN
Fanta naranja
360
VI
FN
Fanta naranja
190
VI
FN
Fanta papaya
190
VI
FN
Fanta mandarina
190
VI
Tabla I-2 formato producto Fanta
fig. I-3 Formatos de producto Fanta
12
Producto: Coca Cola Tabla I-3 formato producto Coca cola Símbolo
Sabor
Formato vol. (cc)
Envase
CC
Coca Cola
2500
OW
CC
Coca Cola
2000
RP
CC
Coca Cola
2000
OW
CC
Coca Cola Zero
2000
OW
CC
Coca Cola
1500
RP
CC
Coca Cola
1000
VI
CC
Coca Cola
600
VI
CC
Coca Cola
500
OW
CC
Coca Cola Zero
500
OW
CC
Coca Cola
360
VI
CC
Coca Cola
190
VI
Fig.I-4 formato de envases Coca cola
13
Producto: Sprite Tabla I-4 formato producto Sprite
Símbolo
Sabor
Formato vol. (cc)
Envase
SP
Sprite
2500
OW
SP
Sprite
2000
RP
SP
Sprite
2000
OW
SP
Sprite
1000
VI
SP
Sprite
600
VI
SP
Sprite
500
OW
SP
Sprite zero
500
OW
SP
Sprite
350
VI
SP
Sprite
190
VI
fig. I-5 formato envase Sprite.
14
Producto: Simba Tabla I-5 Formato producto Simba Símbolo
Sabor
Formato vol. (cc)
Envase
SB
Simba papaya
2000
OW
SB
Simba piña
2000
OW
SB
Simba guarana
2000
OW
SB
Simba durazno
2000
OW
Fig. I-6 Formato envase producto Simba Producto: vital Tabla I-6 formato producto Vital Símbolo ASG ASG ASG ASG ACG ACG
Sabor Agua sin Gas Agua sin Gas Agua sin Gas Agua sin Gas Agua con Gas Agua con Gas
Formato vol. (cc) 6000 2500 2000 600 2000 600
Fig. I-7 Formato envase producto Vital
15
Envase OW OW OW OW OW OW
Producto: del valle y energisante burn Tabla I-7 Formatos productos del Valle y energisante burn jugos del Valle volumen (cm3)
presentación del Valle durazno
250
del Valle durazno
1000
del Valle manzana
250
del Valle manzana
1000
del Valle naranja
250
del Valle naranja
1000
energisante Burn burn en lata
310
burn en botella
250
Fig. I-8 envase burn
Fig. I-9 envase jugos del Valle
Producto: mineragua 16
Tabla I-8 formato producto mineragua Símbolo
Sabor
Formato vol. (cc)
Envase
MG
mineragua
2000
OW
MG
mineragua
600
OW
Fig. I-10 Formato envase producto mineragua Producto: aquarius Tabla I-9formato producto Aquarius Símbolo AQ AQ AQ AQ AQ AQ AQ AQ
Sabor Aquarius manzana Aquarius pera Aquarius pomelo Aquarius naranja Aquarius manzana Aquarius pera Aquarius pomelo Aquarius naranja
Formato vol. (cc) 2000 2000 2000 2000 500 500 500 500
Fig. I-11 envase producto Aquarius
17
Envase OW OW OW OW OW OW OW OW
Producto: POWER ADE Tabla I-10 Formato producto POWER ADE SIMBOLO
SABOR
FORMATO VOL. (cc)
PWR
multi fruta
600
OW
PWR
mora azul
600
OW
PWR
mandarina
600
OW
PWR
green punch
600
OW
fig. I-12 Formato envase producto POWER ADE Donde: RP= Retornable de Plástico OW= No Retornable de Plástico VI= Retornable de Vidrio
18
ENVASE
II.
IDENTIFICACIÓN AUXILIARES
Y
DESCRIPCIÓN
2.1.
Servicio de energía eléctrica
DE
LOS
SERVICIOS
El suministro de energía eléctrica es realizado por la cooperativa rural de electricidad “CRE”, contando con un tendido de alta tensión de 10000 a 15000 voltios la cual es transformada a otra de menor voltaje
mediante un
transformador, esto debido a que varios equipos trabajan a voltajes entre 380 a 420 voltios. Además que para el alumbrado de la planta se utilizan focos de distintos amperaje. Por cuestiones de seguridad la planta cuenta con un tablero de control que tiene por objeto la distribución y protección por sobre carga térmica donde se especifica y se distribuye la energía. 2.2.
Servicio de vapor
EMBOL S.A. cuenta con un sistema de generación de vapor efectivo el cual cubre todas las necesidades de la planta. Este sistema está compuesto por dos calderos humo tubular los cuales generan el vapor. Objetivo
Para el proceso de saneamiento de las líneas de producción.
Calentamiento de la sosa caustica en las dos lavadoras de botellas tanto para las botellas como para las cajas.
Calentamiento del tanque enchaquetado en la elaboración del jarabe simple. Es decir para el proceso de pasteurización.
El agua que se utiliza para generar vapor proviene de los intercambiadores iónicos esta agua es tratada, disminuyendo de esta manera los problemas de incrustaciones en los calderos y también se le adiciona aditivos anti incrustaciones, dispersante de sales, cambios de conductividad térmica y de un excesivo consumo de energía. Tipo de proceso Proceso físico (evaporización de agua vapor saturado) 19
Principio básico de funcionamiento El principio de funcionamiento es la denominada inversión de llama o llama retorno. La llama se produce dentro de su hogar cilíndrico ciego invirtiendo su sentido de circulación dentro del mismo. Esto configura los dos primeros pasos de la combustión. Se aplica “ley de Stefan Boltzman de la radiación” por la transferencia térmica , obedeciendo a la siguiente ecuación:
y en la segunda por radiación y convección; esta última se basa en la “ley de Newton de enfriamiento” obedeciendo la siguiente ecuación:
Luego del segundo paso y a partir de la tapa frontal los gases recorren al tercer paso dentro del haz tubular, siendo los mismos evacuados por la caja de humo. En el fondo de la caldera se encuentra una válvula de salida llamada purga de fondo por donde salen del sistema la mayoría de polvos, lodos y otras sustancias no deseadas que son purgadas de la caldera.
20
FIG II-1 Servicio de vapor
21
Intercambiadores iónicos
1
2
3
Productos Nova: 1.-Anticorrosivo (Nova-101) 2.-Inhibidor de incrustación (Nova201)
4
1
2
Tanque de mezclado
Tanque cisterna agua blanda Tanque Alimentación
FIG II-2 vapor al área de lavado
22
Intercambiadores iónicos
2.3.
Servicio de combustible
EMBOL S.A. cuenta con los siguientes servicios de combustible:
Fuel oíl.- EMBOL S.A. se abastece de este combustible mediante los surtidores ubicados en toda la ciudad y el departamento. Este combustible es usado en los camiones distribuidores, camiones monta cargas, etc.
Gas natural.- EMBOL S.A. se abastece de gas mediante la empresa SERGAS. El gas natural proviene de esta empresa llega con la presión superior a los 60 PSIG, la cual es reducida, puesto que la presión con la que
funcionan
los
que
madores
delos
calderos
debe
estar
aproximadamente por los 12 PSIG. Esta conformado por gas metano al 79 - 97 % (en composición molar o volumétrica), superando comúnmente el 90 - 95 % ,contiene además otros
gases
como el
etano (0,1
3,7 %), butano (< 0,7 %),nitrógeno (0,5
-
11,4 %), propano (0,1 -
6,5 %), dióxido
de
carbono (< 1,5 %), impurezas (vapor de agua, derivados del azufre) y trazas de hidrocarburos más pesados, mercaptanos, gases nobles Calculo: Datos: Tiempo de utilización: 24 h Masa de gas consumido: 152.5 Kg Poder calorífico:40000 Kj / Kg Temperatura de humos 80ºC Coeficiente de exceso de aire (n) :1.2 Perdidas por inquemados ( Pinq): 2 % Perdida por las paredes (Pp ) :3.8 Kw Energía aportada por el combustible
23
152.5 Q f m f * PCI ( ) * 40000 70.3Kw 24 3600 Perdidas por las paredes
Pp 3.8Kw, Pp (%) 5.3% Perdida por inquemados
Pi nq (%) 2%, Pi nq 1.4 Kw Perdida por gases de escape º
m ge 0.00176(1 1.2 * 13.67) 0.031Kg / s º
Pge m ge * Cpge * (tge tref ) 0.031* 1.1 * (80 25) 6.25Kw(8.85%)
Energía útil
Eu Q f Pge Ppar Pinq 70.6 6.25 3.8 1.4 59.2Kw. Rendimiento de la caldera n(%) 100 *
Eu 59.2 100 * 83.8% Qf 70.6
El vapor obtenido es vapor saturado el titulo
24
De acuerdo al rendimiento la masa de salida sera msalida vapor=152.5Kg*0.838=127.795
X
mv 127.795 0.838 mmezcla 152.5
X≈1 2.4.
Sistema de refrigeración
2.4.1. Servicio de enfriamiento o refrigeración Objetivo Suministrar agua de enfriamiento para los procesos de intercambio de calor (en el enfriamiento del aceite de las prensas hidráulicas y en el sistema de compresión de aire, compresores). Tipo de proceso Físico, Consta con un chiller para la refrigeración en sala de compresores. Este sistema es agua que cae en forma de cascada hacia el tanque de aceite del compresor. Parámetros Temperatura de salida de la torre = 15ºC-20ºC Principio básico de funcionamiento El refrigerante común usado es el amoniaco, cuando se compara con otros refrigerantes, el amoniaco tiene las ventajas del bajo costo, elevado calor latente de vaporización y bajo punto de ebullición, aproximadamente 550 BTU/lb. El vapor de amoniaco, a presión y temperatura bajas (A 24 º F y 38 psi), es comprimido a una presión y temperatura más elevada, por encima de las temperaturas del agua refrigerante disponible. El vapor es condensado hasta formar un líquido a alta presión, siendo extraído el calor latente por medio del agua de enfriamiento. El amoniaco líquido, a 25
punto de uso, es pasado a un espacio de menor presión, (evaporador) por medio de una válvula de expansión. El punto d ebullición (-33,-42) del amoniaco es menor a presión reducida. Se produce la ebullición o evaporación y se absorbe del medio que lo rodea el calor necesario para producir esta ebullición, bajando así la temperatura de este medio. Torre de enfriamiento de tiro forzado a contracorriente Está constituida con estructura de Plástico reforzado en fibra de vidrio (PREV.) con relleno de polipropileno adicionado con negro de humo y protector U.V. es del tipo de líneas cruzadas y tiro inducido. Objetivo El termino refrigeración significa el procedimiento empleado para reducir la temperatura de un espacio o una sustancia dada mediante la remoción del calor. Parámetro Dureza total = 0 - 60 ppm CaCO3 Cada dos días se añade 100 gr de Hipoclorito de Calcio Ca(ClO)2 y 300 ml de NOVA -215 para posteriormente efectuar el análisis de la dureza del agua de enfriamiento. Esto se realiza con la finalidad de reducir el crecimiento de algas y microorganismos que crecen en la piscina por el flujo de agua constante. Principio básico de funcionamiento Se utilizan agua del banco de agua fría. Carbonatador – enfriador, en el cual ingresa la mezcla para distribuirse luego sobre las planchas enfriadoras. Estas planchas son inundadas
internamente por el refrigerante líquido que
mantienen el carbonatador a una temperatura de operación constante de 0 – 5 ºC. el ciclo de refrigeración que se utiliza para la compresión de vapor esta constituido por los cuatro componentes básicos:
26
Compresor
Condensador
Equipo de control refrigerante (válvula de expansión)
Evaporador
Los vapores saturados de NH₃ a baja presión proveniente del carbonatador el cual es una mescla liquido – vapor pasa a un separador de donde el vapor es retornado a la línea del compresor y el líquido va a la línea de condensado. Los vapores de alta presión y temperatura, provenientes del compresor son condensados en un intercambiador de calor con agua. Saliendo el amoniaco NH₃ como liquido saturado. Este líquido saturado fluye a través de la válvula de expansión reduciendo considerablemente su temperatura y su presión para entrar en el evaporador de placas. Donde parte del líquido saturado se evapora absorbiendo el calor y enfriando el medio que rodea. La parte evaporada es comprimida nuevamente y la mezcla liquido – vapor es retornada al separador completándose así el ciclo. Las torres utilizan agua blanda para evitar las incrustaciones sobre las placas que podría reducir la eficacia del proceso. El flujo de agua es de 11000 l/hr y 7500 l/hr de vapor. El ciclo de refrigeración comprende dos zonas; una zona de alta presión que comprende desde la salida del vapor del compresor pasando por el condensador hasta la entrada a la válvula de expansión; y la zona de baja presión que comprende desde la válvula de expansión pasando por el evaporador hasta el ingreso al compresor. La planta cuenta con dos compresores del tipo reciproco de desplazamiento positivo, siendo las condiciones de presión y temperaturas las siguientes: -
Succión : 2 Kgf/cm² y -10 ºC
-
Salida
: 13 Kgf/cm² y 60 ºC 27
La condensación del amoniaco NH₃ se realiza en dos intercambiadores de calor de placas y serpentín, tipo torres de enfriamiento, utilizando agua y aire como refrigerante. El vapor proveniente de los compresores pasa por la parte interna de las placas que son corrugadas para aumentar el área de transferencia, luego el vapor al entrar en contacto con la superficie de temperatura inferior se forma una película de condensado sobre la superficie y el espesor de ella aumenta al incrementarse la extensión del área de contacto. Procesos en una gota de agua donde: qr : Por radiación, casi despreciable. qev : Por evaporación, el más importante. qc : Por conducción puede llegar como máximo a un tercio del calor total. Capacidad de refrigeración: Es la cantidad de calor que una torre puede disipar, se mide en Kcal/h. Q= m c ∆T Dónde: Q = Cantidad de calor transferido (Kcal). m = Cantidad de agua (kg) ∆T= Diferencia de temperaturas (ºC) C = Calor especifico del agua (Kcal/kg ºC) Factor de refrigeración β: Parámetro sin dimensiones que relaciona el flujo de agua con el flujo de aire seco referidos a la superficie de la torre. β= L/G Dónde: L = Caudal de agua por unidad de área (kg/hm2). G = Caudal de aire por unida de área (kg/hm2). Perdidas por arrastre: Es la cantidad de agua que sale de la torre en forma de llovizna, arrastrada por el flujo de aire. Se expresa en tanto por ciento de caudal recircularte. La 28
Normativa actual determina que tiene que ser inferior al 0‟05% del caudal de agua
circulante,
actualmente
hay
productos
con
0,002%.
Perdidas por evaporación: Es la cantidad de agua que se pierde por evaporación en el proceso de enfriamiento. Por cada 100 kg de agua al perder 10ºC de temperatura se desprende 1.000 kcal, el porcentaje de evaporación será de 1 % por cada 10º C de salto térmico: Evaporación (%) = (q x ∆T) / (100 X 10) Purga: Es la cantidad de agua que se extrae de la torre para evitar una excesiva concentración de sales, sólidos disueltos e impurezas arrastradas y que podrían dar problemas de operación. (Qpur) = Qevap / (N-1) Dónde: N = Concentración de sales deseada/ concentración de sales de agua de aporte. Ecuaciones para el cálculo de propiedades en base seca: Dónde: Vh = Mezcla de aire−vapor de agua por kilogramo de aire seco /kg) Y = Kilogramos de agua por kilogramos de aire seco (kg H2O/kg a.s.) . P = Presión total (atm) T = Temperatura absoluta (K) Dónde: Gs = Kilogramos de aire seco por hora (kg a.s. /h) G = Flujo de aire húmedo que alimenta a la torre (m3/h) Ecuaciones para el cálculo de entalpías: Entalpía para el agua = CPL (TL−T0) Dónde: HL = Kcal/h CPL = Calor específico del agua (Kcal/Kg °C) TL = Temperatura del agua entrada o salida de la torre (°C) T0 = Temperatura de referencia (°C) Entalpía para el aire = (T−To) + Y Dónde: T = Temperatura del aire en la entrada o salida de la torre (ºC) 29
Y = Humedad absoluta (kg vapor H2O/kg AS Ch = Calor específico del aire húmedo (kcal/kg aire ºC) = Calor Latente Ch = (Cpaire + Cpagua Y) T Dónde: Cpaire = Calor específico del aire (kcal/kg ºC) Cpagua = Calor específico del agua (kcal/kg ºC) T = Temperatura de bulbo seco del aire (ºC) Equilibrio líquido-gas. Ley de Raoult: A presiones menores de diez atmósferas se supone que los gases forman soluciones ideales, aunque sus componentes no lo sean, con esta simplificación el equilibrio líquido-gas se puede obtener la ley de Raoult: XA PA* = YA P = PA XA =Fracción mol del componente A en la fase líquida YA =Fracción mol del componente A en la fase gaseosa PA = Presión parcial del componente A en el gas PA* = Presión de vapor del componente "A" P = Presión total
30
CIRCUITO DE AMONIACO
Banco de Agua Helada 426.325 Kcal/h
CARBO 2 Carballo 576.576 Kcal/h
CARBO 1 KHS 314.496 Kcal/h
Condensador Evaporati vo 1
CARBO 3 C3-40 576.576 Kcal/h
Condensador Evaporati vo 2
PURIFICA DOR
Separador
Utility
Doble Proposito
Compresor 1
Compresor 2
Compresor 3
compresor 4
Compresor 5
FIG II-3 Diagrama del sistema de compresores 2.4.2. Banco de agua fría Se tiene un banco de agua fría enfriado por amoniaco que es utilizado para enfriar. En el proceso de elaboración del jarabe simple, este luego de ser elaborado y filtrado debe ser enfriado a una temperatura entre 20 – 25 ºC más específicamente reducir la temperatura del jarabe de los 85 ºC a 20 ºC aproximadamente. Este proceso se realiza mediante un intercambiador de calor de placas el mismo que esta dividido en dos zonas o circuitos independientes. En donde la primera zona se enfría con agua a temperatura ambiente y en la segunda zona con agua fría proveniente del banco de agua fría.
31
FIG II-4 Banco de agua fría 2.5.
Servicios de aire comprimido
La planta cuenta con una sala donde se encuentran los sistemas de dos compresores que abastecen a los diferentes secciones que lo precisan. El aire de alimentación que se succiona es filtrado para eliminar las impurezas que pueda contener. El aire comprimido es enfriado en un condensador donde el agua contenida se licua y se separa del aire en el pequeño tanque separador del líquido. El limpio y seco es
almacenado transitoriamente en el tanque
pulmón desde donde se distribuye al área de proceso. La presión es de 8 Kg/cm² y la temperatura de 65 ºC. El sistema de aire tiene un proceso de purificación similar al de dióxido de carbono descrito más adelante, que es necesario para utilizarlo en la compensación de presión en las llenadoras y válvulas dentro de la sala de embotellado. El aire comprimido regula todo el sistema automático de válvulas en las diferentes máquinas que lo precisen. Como al lavadora en entrada de vapor y de agua en las encajonadora, en la maquina destapadora, el 32
sistema de inyección de solución de carbonato y todo el sistema neumático de los diferentes equipos. Finalmente es utilizado para fines secundarios en el mantenimiento de equipos.
DIAGRAMA DE LA SALA DE COMPRESORES
Del separador Vap/liq.de NH3
Compresores
Torre de enfriamiento - 1
Torre de enfriamiento - 2
Tanque de NH3
fig. II-5 Diagrama de sala de compresores Compresor Objetivo: Aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tales como gases y los vapores. Principio básico de funcionamiento: su funcionamiento está basado en la primera ley termodinámica:
33
Al ser este un sistema inicialmente en equilibrio con el exterior, es decir, la presión que ejerce el gas sobre las paredes del cilindro y sobre el pistón (que es la misma en todas las direcciones) del pistón sobre el gas
es igual a la presión que ejerce el peso
, y más ninguna otra fuerza obra sobre el sistema.
Repentinamente se aumenta la presión externa a ejerce el gas sobre el pistón es
y como la presión que
el equilibrio se romperá y el cilindro
se deslizara ejerciendo un trabajo
Esta energía por la primera ley de la termodinámica, se convertirá instantáneamente en un incremento de energía interna del gas en el recipiente, y es así como el gas absorberá el trabajo del desplazamiento del pistón. Ecuaciones para el cálculo de la pérdida de carga: Toda la presión a la salida del compresor no se puede utilizar, dado que debido al rozamiento del aire con las paredes de la tubería por donde circula hasta llegar a los puntos de consumo, más los efectos de estrangulamientos que se originan en las válvulas de paso, los cambios de dirección en el flujo en los codos, todo ello repercute en pérdidas a través de un aumento en la temperatura del aire que se transforma finalmente en una pérdida de presión estática en el flujo. Como ya se apuntó anteriormente, toda red de distribución de aire comprimido debe dimensionarse de tal forma que la caída de presión máxima entre la salida del compresor y el punto de consumo más lejano sea como máximo de 0,1 bares. Los valores recomendados de pérdida de carga en cada zona de una instalación fija de aire comprimido:
Caída de presión en el ramal principal
0.02
Caída de presión en la tuberías de distribución
0.05
Caída de presión en la tubería de servicios
0.03
34
Caída de presión total en instalación de tuberías fijas
0.10
La pérdida de carga en una tubería se determina mediante la ecuación de Darcy-Weisbach, que es de aplicación en flujos completamente desarrollados de fluidos newtonianos:
Dónde:
f=
Factor de fricción (adimensional)
Δh = Pérdida de carga medida según la altura manométrica (m) ρ=
Densidad (kg/m3)
L=
Longitud de la tubería (m)
D=
diámetro interno de tubería (m)
V=
velocidad media del aire en el interior de la tubería (m/s)
De la anterior expresión todos los parámetros son conocidos salvo el factor de fricción (f). En efecto, la velocidad del aire por la tubería (v) está relacionada con el caudal o flujo de aire (Q), que es un dato conocido proveniente del consumo necesario de cada punto de suministro. En efecto: Q = v • A Dónde: Q = Es el caudal volumétrico o flujo de aire (m3/s) V = Es la velocidad del aire en el interior de la tubería (m/s) A = Es el área de la sección interna de la tubería (Π•D2 / 4) (m2) En las instalaciones de aire comprimido la velocidad máxima recomendada para la circulación del aire por las tuberías está entre los 5-10 m/s, por lo que conocido el caudal (Q) necesario para el consumo y tomando una velocidad de circulación en ese intervalo, se obtiene de la expresión anterior el diámetro 35
interior de la tubería (D). Por lo tanto es el factor de fricción (f), la gran incógnita a calcular. El factor de fricción (f), es un parámetro adimensional que depende del número de Reynolds (Re) del fluido (en este caso, del aire) y de la rugosidad relativa de la tubería (εr). f= f ( Re, εr )
Donde el número de Reynolds (Re) viene expresado por la siguiente formulación: ρ = La densidad del fluido, en este caso del aire (ρ aire = 1,18 kg/m3 a 25 °C) v = Es la velocidad del aire en el interior de la tubería (m/s) D = Es el diámetro interior de la tubería (m) μ = Es viscosidad dinámica del fluido, en este caso del aire (μ aire = 1,76•10-5 kg/m•s) La potencia perdida (P), debida a una pérdida de carga (∆h) viene dada por: P (W) = ∆h (kg/cm2) • Q (m3/h) • 27, 25
Esta es la energía disipada que ya no podremos recuperar. Sin embargo la potencia por pagar será un valor superior, puesto que hay que considerar también los rendimientos de bombas, compresores o ventiladores, y de sus motores.
Siendo η el rendimiento combinado de la bomba y su motor.
Post enfriador Luego de ser comprimido el aire pasa a un intercambiador de calor de tubo y coraza, en el cual se disminuye la temperatura del mismo. 36
Pre-filtro Tiene como objetivo evitar que pasen impurezas que puedan estar presentes en el aire. Enfriador Tiene el objetivo de condensar gran parte de la humedad en forma de vapor de agua aspirado por el compresor. Se basa en el principio de la refrigeración del aire por agua o aire frío. Al disminuir la temperatura del aire a un valor inferior al del punto de saturación (punto de condensación), se separa agua condensada. Filtro Tiene la misión de eliminar las últimas impurezas que pueda contener el aire como partículas extrañas, residuos de aceite, etc. Es un recipiente en cuya parte superior se instala una placa deflectora que provoca el centrifugado del aire. Las impurezas, tanto sólidas como líquidas, chocan contra las paredes del recipiente, caen al fondo y son evacuadas al exterior a través de una purga, que puede ser manual o automática. 2.5.1. Servicio de dióxido de carbono EMBOL S.A. cuenta con un proveedor de dióxido de carbono el cual es la empresa PRAXAIR, la planta cuenta con un tanque cisterna donde el dióxido de carbono es almacenado. Este tanque tiene una capacidad de aproximadamente de 12000 Kg de CO2. La provisión de CO2 re realiza cada semana.
37
Gas Carbónico Ø1 1/4 "
Carbo 1 KHS 355 Kg/h Ø1 1/4"
Cisterna CO2 12.000 Kg
Ø1 1/2 "
Carbo 2 Carballo 95 Kg/h
Filtro Cartuchos
Filtro Carbon
Ø1 1/4 "
Vapor
Evaporador Carbo 3 C3-40 355 Kg/h
FIG II-6 Diagrama de flujo del gas carbónico 2.6.
Servicios de transporte
EMBOL S.A. cuenta con camiones distribuidores de los pedidos de los distintos productos elaborados por la embotelladora. Cuenta también con dos buses para el correspondiente recojo y traslado del personal. 2.7.
Servicio de mantenimiento
La planta cuenta con un departamento de mantenimiento en las siguientes ramas como ser: mecánico, eléctrico, de control de automatización de los equipos. Esta sección está constituida por técnicos, mecánicos e ingenieros que se ocupan de la reparación y mantenimiento e instalación de equipos. 2.8.
Servicio y tratamiento de agua
Agua componente esencial en la vida de todo ser humano, porque constituye una parte importante fuente de sustento para el desarrollo del organismo. Esta sustancia no tiene olor, sabor, color y podemos decir que es el solvente más común en la naturaleza. Por esta razón es que un número de diferentes impurezas se disuelven en ella como en ningún otro líquido. La fórmula química del agua es H2O, es decir está compuesta por dos átomos de hidrogeno y un átomo de Oxigeno combinados. El suministro de agua se consigue de varias formas, las cuales pueden ser: provenientes de aguas superficiales como ser 38
ríos, lagunas, represas, etc. También provenientes de aguas subterráneas, de pozos profundos. El proceso de tratamiento de agua tiene como objetivo principal generar un agua de calidad superior a la comúnmente consumida por las personas y la cual es requerida para la elaboración de gaseosas. Así de esta manera se podrá obtener un producto de excelente calidad en cuanto a la elaboración de gaseosas se refiere. EMBOL S.A. para su elaboración de gaseosas utiliza dos fuentes de abastecimientos.
SAGUAPAC El suministro por parte de esta cooperativa de servicios públicos es insuficiente para la embotelladora pero es aprobada para su uso la cual tiene un origen de incuestionable sanidad.
Pozos profundos EMBOL S.A. cuenta con dos pozos de abastecimiento propio los cuales están a diferentes profundidades. Las características de los pozos se detallan a continuación: Tabla II-1 Características de fuentes de agua Dureza total
Alcalinidad
ppm Ca
total ppm
CO3
CaCO3
70
170-220
217
109
42
185-230
242
51000
150
85
13000
------
-------
195
235
Capacidad
Prof. Pozo
Prof. Bomba
(lt/h)
(m)
(m)
Pozo # 1
36000
130
Pozo # 2
45000
Pozo # 3 Saguapac
Pozos
39
El suministro de agua de las tres fuentes mencionadas anteriormente con sus respectivas características mostradas en el cuadro anterior, es almacenado y por
ende
mezclado
en
un
tanque
cisterna
de
almacenamiento
de
aproximadamente 100000 lts. de capacidad, donde se efectúa una pre-cloración con la dosificación de hipoclorito de calcio, con el fin de eliminar las bacterias que pudieran tener. Desde este tanque cisterna es que se distribuye agua a los tanques reactores 1 y 2 para su posterior tratamiento. Después de varios procedimientos de tratamiento del agua se obtiene dos tipos de aguas que son:
Agua ablandada Que se utiliza para los calderos las lavadoras de botellas KHS y CARBALLO, la lubricación de las cadenas y las torres de enfriamientos.
Agua tratada Que se utiliza para la elaboración de jarabe simple, los vasos proporcionado de agua a las respectivas líneas, laboratorio de calidad.
En cuanto al tratamiento que se realiza al agua para así obtener la calidad requerida para la elaboración de bebidas carbonatadas, esta se consigue mediante la eliminación de las impurezas que contienen la misma, las cuales influyen directamente en los siguientes aspectos:
Sabor y olor
Materia orgánica
Sólidos en suspensión o Materias en suspensión
Alcalinidad
Microorganismos, como las bacterias (nocivos para la salud)
Por tanto con el objetivo de producir un agua de excelente calidad para la elaboración de bebidas carbonatadas es que EMBOL S.A. consta del siguiente sistema de tratamiento de agua en el cual se combinan procesos fiscos químicos los cuales mencionamos a continuación: 40
Cloración
Filtración
Con los procesos anteriores mencionados del sistema de tratamiento de agua, se consiguen los siguientes objetivos importantes para el sistema:
Reducir la alcalinidad
Eliminación de la materia orgánica
Eliminación de los microorganismos como las bacterias
Eliminación de la materia en suspensión
Todos los equipos se encuentran en el espacio destinado al sistema de tratamiento de agua y las distintas fases del mismo se detallan a continuación: 2.8.1. Estándares del sistema Agua tratada.- El agua tratada debe cumplir las siguientes especificaciones: Turbidez……………………………Menos de 0.5 NTU. Color………………………………..Ninguno. Olor………………………..……….Ninguno. Sabor……………………….………Ningún sabor extraño. Cloro libre………………………….De 6 a 8 mg/l después del filtro de Arena. Cloro total…………………….……Cero después del filtro de Carbo Alcalinidad………..A< 80 mg/l como CaCO3 en tanque reactor. A= 2P – M=< 7 ppm CaCO3 en el purificador de carbón. Hierro………………………………..<0.1 mg/l. Cloruro………………………………<300 mg/l (como NaCl) Total sólidos disueltos……………….<500 mg/l 2.8.2. Tanque de almacenamiento Es un tanque de almacenamiento con capacidad de 100000 litros donde se realiza una pre-cloración.
41
Filtro de arena Objetivo La acción del filtro de arena consiste esencialmente en colar o separar la materia suspendida que es muy grande para pasar por las aberturas de los granos de arena filtrante. El lecho de arena consiste generalmente de cinco a seis capas de grava. La más gruesa se encuentra en el fondo del filtro y las mas finas en la parte superior o sobre ésta descansa un lecho de arena de graduación especial. Tipo de proceso Físico. Proceso de filtración Lecho de grava y arena. Funcionamiento El filtro más ampliamente usado para remover sólidos suspendidos es el filtro de grava y arena y se le llama así precisamente porque es un lecho de grava y arena el que retiene las partículas suspendidas en el agua. Este tipo es útil principalmente en casos en los que pequeñas cantidades relativas de sólidos se separan de grandes cantidades de agua y se clarifica el líquido. Con frecuencia, las capas inferiores se componen de piezas burdas de grava que descansan sobre una placa perforada o ranurada. Por encima de la grava hay arena fina que actúa como el medio de filtración real. El agua se introduce en la parte alta del lecho sobre un deflector que dispersa el agua. El líquido clarificado se extrae por la parte inferior.
42
Fig II-7 Filtro arena El filtrado se realiza al ir quedando retenidas las partículas sólidas a lo largo del sinuoso lecho filtrante. El lecho filtrante de arena queda retenido dentro del filtro gracias a unas crepinas o brazos filtrantes con pequeñas ranuras de paso de agua. Las partículas sólidas se van quedando retenidas en el lecho de arena. La filtración continua hasta que el precipitado, esto es, las partículas filtradas obstruyen el lecho de arena y la velocidad de flujo resulta demasiado baja. Entonces se suspende el flujo y se introduce agua en dirección contraria para lavar el filtro y arrastrar el sólido.
Perdida de carga a través del filtro
.
1 dV Fuerza _ impulsora P A dt Re sistencia RT RF
Donde: RT = Resistencia de la torta (m−1) RF = Resistencia del medio filtrante (m−1) 43
dV = Volumen de filtrado en el tiempo "dt" ( m3 /s) dt
1 dV =Caudal de filtrado por unidad de área (m/s) A dt
A = Área de filtrado ( m2 )
Espesor de la torta:
L=
Cs *V *A p * 1
Donde.
L = Espesor de la torta (m) CS = Kilogramos de sólidos por metro cúbico de filtrado (kg/m3) ϵ = Fracción de espacios vacíos o porosidad de la torta (m) V = Volumen de filtrado retenido en la torta (m3) A = Área del filtro (m2)
Filtración a velocidad constante:
Al comienzo de la filtración, con frecuencia la resistencia del filtro es grande comparada con la resistencia de la torta, ya que ésta es delgada. En estas circunstancias la resistencia ofrecida al flujo es prácticamente constante, por lo que la filtración transcurre a velocidad casi constante. V0=
1 dV V Qv = = A dt A*t A
44
Dónde: Vo = Velocidad constante (m/s) Qv = Caudal constante (m3)/s)
QV= V0*A=
V = cte t
Qv 1 dV A A dt
P
P * Cs RF A
Qv * * * Cs RF * Qv * s A A
Dónde: V0= Velocidad constante (m/s) Qv= Caudal constante ( m3 /s)
= Resistencia específica de la torta (m/kg) μ = Viscosidad del filtrado en (Pa−s)
Por la parte superior y en la entrada se emplea una placa deflectora para distribuir el agua uniformemente sobre el área filtrante. Si no se emplea la placa deflectora y se permite que el agua entre por un solo lugar, se alterará el lecho haciendo que la arena se apile reduciéndose al mismo tiempo la efectividad del aparato. El agua filtrada es recolectada en el fondo por un sistema de tubos laterales, ideado para recoger el agua de toda el área en el fondo del filtro. Si no se usa tal sistema de tubos el agua es forzada a través de la arena formando un canal en el lecho filtrante.
45
El sistema lateral de tubos en el fondo se emplea también para distribuir uniformemente el agua a través del filtro durante el lavado en contra corriente. Es necesario una limpieza frecuente y completa, caso contrario pueden convertirse en una fuente de contaminación. Una buena operación del filtro de arena consigue los siguientes objetivos:
Remoción de materia filtrable en suspensión en el agua.
Remoción de ciertos tipos de olores y sabores en el agua.
La correcta operación de un filtro de arena comprende tres etapas: a)
Retro lavado
b)
Enjuague
c)
Puesta en servicio
a)
Retro lavado El propósito del lavado en contra corriente (retrolavado) es el de esponjar o incrementar el lecho de arena, haciendo que los granos giren y se froten entre si para soltar las impurezas acumuladas en el tiempo de operación. Durante la operación de retrolavado, la presión de entrada del agua por la parte inferior del filtro no debe exceder los 3 kg/cm², una presión mayor puede provocar el acanalamiento de los lechos del filtro. En la planta el retrolavado que se les hace a los filtros de arena es regularmente cada 24 horas.El tiempo de retrolavado es aproximadamente de 30 a 40 minutos con caudal de (28000 a 30000) lts./hr.
b)
Enjugue El propósito del enjuague es el de asentar los lechos de arena y también para que se descarguen las impurezas atrapadas en la arena o en los lechos soportes de grava.
46
c)
Puesta en servicio El propósito de esta operación es el de poner en funcionamiento normal el filtro, para que de esta manera purifique el agua a su paso por este, y continúe hacia el filtro de carbón.
2.8.3. Filtro carbón En su interior esta provisto de carbón activado.
FIG II-8 filtro de carbón Objetivo El filtro carbón activado cumple una importante función en el tratamiento del agua para la elaboración de bebidas carbonatadas, la cual es de adsorber el cloro que se suministra anteriormente y cualquier otra sustancia química de naturaleza gaseosa que se encuentren disueltas en el agua. Tipo de proceso Adsorción con carbón activo Principio básico de funcionamiento El agua es bombeada dentro de una columna que contiene el carbón activo, este agua deja la columna a través de un sistema de drenaje. La actividad del 47
carbón activo de la columna depende de la temperatura y de la naturaleza de las sustancias. El agua pasa a través de la columna constantemente, con lo que produce una acumulación de sustancias en el filtro. Por esa razón el filtro necesita ser sustituído periódicamente. Un filtro usado se puede regenerar de diversas maneras, el carbón granular puede ser regenerado fácilmente oxidando la materia orgánica. La eficacia del carbón activo disminuye en un 510% (1). Una parte pequeña del carbón activo se destruye durante el proceso de la regeneración y debe ser sustituída. Si usted trabaja con diversas columnas en serie, puede estar seguro de que no tendrá un agotamiento total de su sistema de purificación. Descripción del proceso de adsorción Las moléculas a partir de la fase del gas o del líquido serán unidas de una manera física a una superficie, en este caso la superficie es de carbón activo. El proceso de la adsorción ocurre en tres pasos:
Macro transporte : El movimiento del material orgánico a través del sistema del macro-poros del carbón activo (macro-poros > 50nm)
Micro transporte : El movimiento del material orgánico a través del sistema del micro-poros del carbón activo (microporo < 2nm; meso-poro 2-50nm)
Absorción: La adhesión física del material orgánico en la superficie del carbón activo en los meso-poros y micro-poros del carbón activo
El nivel de actividad de la adsorción se basa en la concentración de la sustancia en el agua, la temperatura y la polaridad de la sustancia. Una sustancia polar ( una sustancia que es soluble en agua) no puede ser eliminada o es malamente eliminada por el carbón activo, una sustancia no polar puede ser totalmente eliminada por el carbón activo. Cada clase de carbón tiene su propia isoterma de adsorción (véase el cuadro 1) y en el campo del tratamiento de aguas esta isoterma viene definida por la función de Freundlich. 48
La funcion de Freundlich:
x/m = sustancia adsorbida por gramo de carbón activo Ce = diferencia de concentración (entre antes y después) Kf, n = constantes específicas La segunda curva del carbón activo (figura 2) muestra el agotamiento del filtro. Normalmente nosotros colocamos las unidades depuradoras-UV después de la columna de carbón activo. Al igual que el filtro de arena este también cumple con un ciclo de operación el cual cuenta con las etapas de: a)
Retro lavado
b)
Enjuague
c)
Puesta en servicio
En la planta los filtros de carbón tienen un retro lavado cada 48 horas o cuando se pueda observar que no cumple con los parámetros en este caso se tiene que realizar un retro lavado. El tiempo del retro lavado es de aproximadamente 10 a 15 minutos con un caudal de (28000 a 30000) lts. /hr. Durante el retro lavado la presión de entrada por la parte inferior del tanque de agua no debe ser mayor de 3 kg/cm². Una presión mayor puede dar curso a un encanallamiento del filtro. 2.8.4. Filtro pulidor Objetivo Retener partículas de forma preventiva en el caso de un mal saneado y asegurar el no ingreso de residuos solidos.
49
Después que el agua haya pasado por el filtro carbón, el mismo ingresa al filtro pulidor que es el último tratamiento que se le hace al agua para luego utilizarla en la sala de jarabe simple y terminado y la sala de embotellado. También llamados “filtros de composición” es un filtro de presión cuya capacidad de filtración es de (30000 a 32000) lts/hr al igual que los anteriores filtros estos se encuentran ubicados en cada línea en el caso de las llenadoras y en la sala de jarabes. Tipo de proceso Físico (retención de partículas solidas) Principio básico de funcionamiento La principal función del filtro pulidor es la de detener las partículas mas pequeñas que hayan logrado pasar por los anteriores procesos (filtro de arena y de carbón) es decir que retiene partículas de 3 a 5 micras de diámetro.
Para este proceso se aplica la ley de fick para la transferencia de masa La constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de difusión D y es característico tanto del soluto como del medio en el que se disuelve. La acumulación de partículas en la unidad de tiempo que se produce en el elemento de volumen S·dx es igual a la diferencia entre el flujo entrante JS, menos el flujo salienteJ’S, es decir
La acumulación de partículas en la unidad de tiempo es
Igualando ambas expresiones y utilizando la Ley de Fick se obtiene
50
Ecuación diferencial en derivadas parciales que describe el fenómeno de la difusión . Si el coeficiente de difusión D no depende de la concentración
FIG II-9 filtro pulidor 2.8.5. Ablandamiento del agua EMBOL S.A. lleva a cabo el ablandamiento de agua para eliminar la dureza temporal como permanente a los niveles de eficiencia mas bajos posibles para que esta agua blanda pueda ser utilizada por los calderos en la generación de vapor, en las lavadoras de botellas y por lo tanto en las lavadoras de cajas. El proceso de ablandamiento de agua toma importancia en las industrias por varios aspectos los cuales resumimos a continuación:
Mantenimiento de sus líneas de operación. Es decir prevenir las obstrucciones de las cañerías debido a los precipitados de carbonatos de calcio y magnesio.
Generación de vapor de agua.
Agua de lavado. 51
2.8.6. Características de los intercambiadores iónicos Objetivo Eliminar sales de calcio y magnesio disueltos en el agua de pozo. Tipo de proceso Químico (intercambio catiónico) Proceso de ablandamiento Por intercambio de cationes entre la resina y sales de calcio/magnesio. Principio básico de funcionamiento El agua dura contiene iones calcio y magnesio, que son intercambiados por iones de sodio de la salmuera y de esta manera el agua es ablandada para esto se usa resina sintética catódica. Las zeolitas presentan la siguiente composición: Las zeolitas y las arcillas son minerales de aluminosilicatos ampliamente distribuidos en la corteza terrestre. Algunas proceden de la erosión de las rocas, otras aparecen como depósitos sedimentarios y, por último, algunas tienen origen volcánico.Las zeolitas son sólidos microporosos con una estructura cristalina bien definida. La unidad constructora básica es el tetraedro TO 4 (donde T=Si, Al, B, Ga, Ge, P...) cuya unión tridimensional a través de los átomos de oxígeno da lugar a la estructura poliédrica típica de las zeolitas. La suavización con zeolita de sodio consiste en hacer pasar el agua a través de un lecho de material que posee la propiedad de remover el calcio y magnesio del agua y remplazar estos iones con sodio y potasio, el intercambio tiene lugar rápidamente, de tal manera que el agua cruda, a su paso por el lecho de zeolita, puede ser ablandada casi completamente, independientemente de las variaciones en dureza. El calcio y magnesio serán removidos de cualquiera de sus sales en solución, como por ejemplo carbonatos, sulfatos, cloruros y otros. Considerando solamente los cloruros como ejemplo a fin de simplificar las reacciones de suavización son: 52
Na 2 Z
CaCl 2
Zeolita de Sodio
Cloruro de calcio
Na 2 Z MgCl 2 Zeolita de Sodio
Cloruro de magnesio
ZCa
2ClNa
Zeolita de calcio
Cloruro de Sodio
ZMg 2ClNa Zeolita de magnesio
Cloruro de Sodio
Las figuras muestran los cambios en el lecho de la zeolita conforme progresa el ablandamiento. Los cloruros de calcio y magnesio son inmediatamente convertidos a cloruros de sodio, cambiando la capa superficial del lecho a zeolita de calcio y magnesio. Cuando la mitad del lecho ha sido combinada en esta forma o agotada, el material de zeolita continuará ablandando agua en esta forma hasta que un alto porcentaje de los iones sodio haya sido intercambiado. Sin embargo la capa de zeolita de sodio ha llegado a ser tan delgada, que algo de las sales de calcio y magnesio pasan a través de ella sin ser intercambiadas, apareciendo dureza en el efluente. Después de este punto de “fuga” aumenta rápidamente la dureza. La etapa de ablandamiento se termina a una predeterminada dureza en el efluente, determinada mediante pruebas de muestras en laboratorio. En muchos casos es permisible continuar más allá del punto de fuga hasta que el efluente contenga unos 40 ppm de dureza, si sobrepasa este valor significa que la resina se está saturando y por lo tanto hay que cambiar de intercambiador, ya que esta agua es una pequeña fracción de producto de la operación completa. Cuando se ha agotado el valor del intercambiador en operación, el suavizador debe regenerarse, deben ser remplazados los iones de calcio y magnesio que quedaron en el lecho de la zeolita por iones de sodio Primero se hace un retro lavado con agua tratada antes de la regeneración con la salmuera esto con el fin de una mejor regeneración del intercambiador iónico. 53
Luego la regeneración se efectúa tratando el lecho con una solución saturada de cloruro de sodio o sal común del 8 – 10%, entonces tiene lugar la reacción química inversa y el calcio y magnesio extraídos del agua fijados en los granos del material cambiador de iones, son liberados y pasan a la solución de salmuera. En esta forma son removidos los iones calcio y magnesio de la zeolita y arrastrados al drenaje. Los iones de sodio son captados por la zeolita y la unidad está nuevamente lista para ablandar agua. Las reacciones que ocurren en la regeneración de la zeolita pueden expresarse de las siguientes formas:
CaZ 2NaCl Na 2 Z CaCl 2 Zeolita de calcio
Cloruro de Sodio
Zeolita de Sodio
Cloruro de calcio
MgZ 2NaCl Na 2 Z MgCl 2 Zeolita de magnesio
Cloruro de Sodio
Zeolita de Sodio
Cloruro de magnesio
Luego de la regeneración se tiene que hacer un enjuague para eliminar la solución de salmuera que estuvo reposando. Esto se lo realiza con agua que tenga una dureza de 40 ppm o menor una vez hecho el enjuague el intercambiador iónico ya se encuentra en óptimas condiciones para seguir funcionando. 2.8.7. Osmosis inversa Objetivo La nano filtración es una tecnología de membrana de ultra/baja presión con el mismo fundamento que la osmosis inversa y difusión controlada. La diferencia principal es el grado de retención que logran estas membranas, operando en rangos más altos de corte de peso molecular (0,001 – 0,01 um).
54
Principio de funcionamiento El proceso consiste en forzar el agua a pasar a través una membrana semipermeable. Para realizar el proceso de ósmosis inversa, el agua debe fluir de la toma de agua hasta un filtro arena. Seguidamente, el agua pasará por un filtro de carbón activo, como paso previo a la membrana de ósmosis, para eliminar el cloro presente en el agua debido a que en su interior están provistos de membranas de poliamida de 0.01 um de porosidad, que pueden dañarse con esta sustancia. Cuando el agua llega a la membrana de ósmosis, se produce la ósmosis inversa propiamente dicha. El agua con menos contenido sólido pasa a un nuevo depósito; mientras que los restos sólidos son rechazados y se van por el desagüe.Un porcentaje de (10-30%) del agua de alimentación no pasa por la membrana pero corre del otro lado, limpiando el agua continuamente y trayendo los sólidos inorgánicos y orgánicos para drenarlos. Esa agua se llama agua "de rechazo". Finalmente, el agua con menos cantidad de solido pasa por un depósito y seguidamente por el filtro de post-carbono inoxidable. Tras este paso, ya está lista para su consumo.
Las fórmulas usadas en los cálculos de ósmosis inversa están basadas en el modelo de solución-difusión a través de la membrana, en donde habrá un paso de un flujo de sales, Js, y un flujo de agua, Jw.
55
Figura II-10. Modelo de solución – difusión
La ecuación de difusión del flujo de agua, o solvente, es la siguiente: J w = A × (∆P − ∆π )
Donde Jw = Flujo de agua en litros por metro cuadrado y por hora. (l/m2*h) A = Coeficiente de permeabilidad de la membrana en l/m2/bar ∆P = Presión diferencial transmembrana, (bar). ∆π = Presión osmótica diferencial, (bar).
El factor A es característico de cada membrana y depende de varios fac- tores como son: el espesor y material de la membrana, la temperatura, la pre- sión, el pH, el factor de conversión y la concentración salina de la solución. El término entre paréntesis de esta fórmula es lo que se conoce como Presión Neta de Trabajo, «Net Driving Pressure» (NDP). De esta fórmula se deduce que en cuanto mayor sea la presión neta de trabajo, mayor será la productividad de la membrana.
La ecuación del transporte de sales es la siguiente: J S = B × ΔC Donde 56
Js B
= Flujo de sales, en Kg/m /s. = Coeficiente de transferencia de masa de sales, en m/s.
∆C = Concentración media diferencial transmembrana Kg/m3.
Los factores A y B dependen de las características de la membrana y de la temperatura, la presión, el pH, el factor de conversión y la concentra- ción salina de la solución. De esta fórmula se desprende que cuanto mayor sea la concentración salina en el lado de alimentación, mayor
será
el paso
de sales, con lo que
aumentará la salinidad del permeado. Por otra parte, fenómenos como la «polarización» de las membranas, hacen que la concentración de sales en el permeado sea mayor de lo teóri- camente previsto. Balance de Materia Balance del solvente: Qf = Qp + Qc Balance del soluto: Qf *Cf = Qp Cp + Qc Cc Donde: Qf
= Caudal de alimentación, m /h. Qp = Caudal de permeado, m /h.
Qc = Caudal de concentrado o rechazo, m /h. cf
= Concentración de soluto en la alimentación, Kg/m
cp
= Concentración de soluto en el permeado, Kg/m
cc
= Concentración de soluto en el concentrado o rechazo, Kg/m
Factor de conversión y factor de concentración
El factor de conversión o recuperación es el porcentaje de permeado que se obtiene a partir de determinado caudal de alimentación. Es el cociente, expresado en tanto por ciento, entre el caudal de permeado y el caudal de aportación que llega a las membranas: 57
Y
Qc Qp * 100 * 100 1 Qf Qf
Donde: Qp = es caudal de permeado Qf
= es caudal de alimentación.
Qc = es caudal de concentrado o rechazo
La mayor
conversión de un sistema
implica, además,
una mayor
con-
centración en la salmuera. El factor de concentración de un sistema de ósmosis inversa está relacionado con el factor de conversión mediante la fórmula siguiente:
FC
1 1Y
Donde: FC = factor de concentración. Y = factor de conversión en tanto por uno. Por ejemplo, un sistema de ósmosis inversa diseñado para un factor de conversión del 75 % tendría un factor de concentración de 4, es decir: la salinidad del concentrado es cuatro veces mayor que la salinidad de la alimentación. Factor de Rechazo (R) y de Paso de Sales (SP) El rechazo de sales de las membranas y de un sistema de membranas, es el factor que determina la calidad final del permeado de un sistema de ósmosis inversa. La fórmula que determina el rechazo de sales es:
58
R Cf
C f Cp Cf
* 100
= Concentración de sales en la alimentación Kg/m
Cp = Concentración de sales en el permeado. Kg/m R = Rechazo de sales, %.
Por tanto, el paso de sales en tanto por ciento, será: SP(%) = 100 – R
59
TANQUE CISTERNA AGUA CRUDA TANQUE DE RECEPCION DE RECHAZO
U 20
U 21 TANQUE DE ALMAC ENAMIENTO
TANQUE PUL MO N
TANQUE DE BALANCEO
60
UV
FMM 1
FMM 4
FMM 3
FMM 2
LLEN
PLACA CIP
PLACA DE CAMBIOS CARB
fig. II-11 Diagrama de ablandamiento de agua TANQUE DE CO NTAC TO
TANQUE DE CO NTAC TO
OZONIFICADOR
F.A.2
F.A. 1
PC 5 OSMOSIS
PC 4 OSMOSIS
PC 3 OSMOSIS
PC 2 OSMOSIS
PC 1 OSMOSIS
AB 4
AB 1
AB 2
AB 3
TANQUE CISTERNA AGUA CRUDA
TANQUE DE AGUA FRESCA
PUL IDOR
U 22
PC 6 INOX
PC 5 INOX
PC 4 INOX
PC 3 INOX
PC 2 INOX
PC 1 INOX
POZO POZO POZO SAGU 1 2 3 APAC LAV
TANQUE CISTERNA AGUA BLANDA
CAL
TOR RIN
III.
IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LABORATORIOS
3.1.
Fundamento teórico
El departamento de control de calidad tiene la función de regular cantidades y calidades de ingredientes involucrados en el proceso y para lograr este objetivo debe estar controlado constantemente para que las características del producto sean las apropiadas. Las medidas de control necesarias para mantener la buena calidad del producto, incluyen control estricto de limpieza y sanidad de equipos, tratamiento cuidadoso de agua y exactitud en la medición de ingredientes; el seguimiento de todos los aspectos mencionados debe ser registrado en archivos. Para el control del producto EMBOL S.A. está regida a normas internacionales de COCA COLA COMPANY . Por lo tanto recibe estricto control por parte de Soft Drink la cual tiene su sede en La Paz – Bolivia. Las condiciones de diseño de la planta y las normas internacionales establecen estándares que tienen que ser mantenidas con un escaso margen de variación. Pero como sabemos que el producto terminado tiene que tener o debe ser de alta calidad y hacia este objetivo están encaminadas las pruebas y controles que se realizan tanto en el producto terminado como en todos y cada uno de los análisis que se realizan. 3.2.
Análisis de rutina
Se realizan los siguientes análisis:
Tabla III-1 Análisis de producto terminado 61
ANALISIS
FRECUENCIA
Brix bebida
Cada 30 minutos
Volumen de gas
Cada 30 minutos
Control organoléptico
Cada 30 minutos
Control de contenido neto
Inicio de producción, cambio de sabor y tamaño
Monitoreo del contenido neto(KHS)
5 botellas al azar dada 30 minutos
Torque
Inicio de producción y cada hora
Coronado
Inicio de producción y cada 2 horas
Monitoreo
del
contenido Inicio de producción, cambios de
neto(Carballo)
sabor y tamaño
Prueba de Hermeticidad (SST)
Inicio de producción, cambios de sabor y tamaño
TABLAIII-2 Sistema de lavado de botella ANALISIS
FRECUENCIA
% Soda Cáustica
Cada 4 horas
% Aditivo
Cada 24 horas
% Lubricante de cadena
Cada 24 horas
Temperatura
Cada hora
Control
de
hongos
(azul
de Inicio de producción, cambios de sabor y
metileno)
tamaño
Control de tiempo de residencia
Inicio de producción, cambios de sabor y tamaño
Arrastre de soda cáustica
Inicio de producción y cada 4 horas
62
Tabla III-3 Sistema de tratamiento de agua ANALISIS
FRECUENCIA
Alcalinidad Total (Agua Tratada)
Cada 4 horas
Alcalinidad Total (Agua Cruda)
Diario
Cloro residual
Cada 4 horas
Dureza total
Cada 4 horas
Turbidez
Cada 4 horas
Hierro
Diario
Dosificación de reactivos
Cada 4 horas
% Sólidos
Cada 24 horas
pH
Cada 4 horas
Retro lavado de filtro de arena y carbón 3.3.
Cada 48 horas
Pruebas realizadas al lavado de botellas
Para este efecto se realizan las siguientes pruebas: a)
Análisis de concentrado de soda cáustica Se toma la muestra de soda cáustica de los tres compartimientos de la lavadora de botellas en un vaso de precipitado, se mide 5 ml de muestra y 5 ml de cloruro de bario al 10% para precipitar los carbonatos, luego agrega de 3 a 5 gotas del indicador de fenolftaleína y neutralizar con ácido sulfúrico 1.25 N, hasta el viraje del indicador de violeta a blanco lechoso, el volumen del ácido gastado corresponde al porcentaje de soda cáustica. La concentración de NaOH no debe exceder el 3.8 +/-
0.2% en la
lavadora de vidrio y del 2.8 +/- 0.2% en la lavadora de plástico, con estas concentraciones de soda cáustica se puede asegurar un buen lavado de botellas.
63
b) Control de arrastre cáustico Se realiza este control a la salida de la lavadora; a todas las botellas de la línea a lo ancho de la cadena, principalmente al inicio, cuándo Comienzan a salir las primeras botellas. Se efectúa esta prueba para determinar si hay arrastre de la solución de NaOH en las botellas para este propósito se vierte cierta cantidad de fenolftaleína de modo que empape todo el interior de la botella, este indicador en solución alcalina se torna rosada, es decir si no aparece la coloración rosada significa que no hay residuo de la solución cáustica. Para el exterior de la botella se realiza la misma técnica, rociando fenolftaleína sobre toda el área externa de la botella. c)
Control de temperatura Se controla con termómetros y censores automáticos. Donde el censor detecta una temperatura dada y a través de un controlador electrónico automático, se abre o se cierra la válvula de vapor hasta la temperatura deseada.
d)
Control de tiempo de residencia Se controla de acuerdo a la velocidad de la lavadora con una botella con censores térmicos, que además de leer las temperaturas a lo largo del recorrido, también calcula el tiempo de inmersión de la botella desde el momento que la botella comienza a sumergirse en la solución hasta que sale de la lavadora.
e)
Análisis de aditivo de la lavadora Divo RBP para botellas de plástico retornables Tomar 10 ml de muestra, agregar 10 ml de sulfato de cobre al 2.5% (color azul). Agitar y homogeneizar para luego centrifugar durante 15 minutos. Luego, a la solución centrifugada se le realiza la lectura de
64
trasmitancia con una longitud de onda de 625 nm. El blanco de referencia es NaOH 2.8%. Luego reemplazar en la formula: %Divo RPB = ((100-%T) + 6.135) /56,625 f)
Análisis de aditivo DIVO 660 para botellas de vidrio Tomar aproximadamente 200 ml de muestra y agregar 1a 2 gr, de carbón activado, agitar, calentar de 60 a 70°C durante 3 minutos. Filtrar con papel filtro hasta que la solución sea clara; tomar 5 ml del filtrado, transferir a un matraz de 100 ml, agregar una gota de fenolftaleína y neutralizar con acido clorhídrico 1:1, agregar 20 ml de reactivo BA y completar el volumen con agua destilada.
g)
Reposo Dejar 10 minutos en la oscuridad, antes de leer la absorbancia a una longitud de onda de 470 nm. (Am). Realizar un blanco con 1.5 de soda cáustica y 0.1 v/v DIVO 660 patrón (Cep), proceder de la misma manera que la muestra (Ap). %DIBO 660 = Am/Ap*Cep.
h)
Análisis de hongos (prueba de azul de metileno) Se toma una de las botellas de cada uno de los capachos a lo ancho de la cadena de la lavadora. Se impregna interiormente con azul de metileno y luego de enjuagarlas con agua se observa a través de una fuente luminosa, si aparecen pequeñas manchas azules quiere decir que existen hongos en las botellas. El azul de metileno es un compuesto orgánico capaz de teñir a los hongos haciéndolos visibles al ojo humano, de comprobarse la existencia de hongos en una o mas botellas se debe verificar el contenido de soda cáustica de lavadora y el contenido de aditivo, pues las dos son las que se encargan de un buen lavado.
65
3.4.
Análisis en el sistema de tratamiento de aguas
Se le realiza las siguientes pruebas: Olor: Se colocan aproximadamente unos 150 ml de agua en un erlenmeyer, se calienta de 30 a 35 o C, luego se detecta cualquier olor extraño en la boca del mismo. Sabor: Se calienta 150 ml de agua en un erlenmeyer, se enfría y se procede a detectar cualquier sabor extraño. PH: Tomar las muestras en un erlenmeyer del filtro de arena y del filtro de carbón, realizar la medición.
Filtro de arena: PH= 8.50 a 9.50
Filtro de carbon: PH=7.50 a 9.50
3.4.1. Alcalinidad La alcalinidad es la capacidad que tiene una solución para neutralizar un ácido. La alcalinidad sobre los 85 mg /L afectará negativamente el sabor de la bebida. 1.
Alcalinidad parcial (P) Se mide 100 ml de muestra del tanque reactor, filtro de arena y purificador de carbón en un erlenmeyer de 250 ml, se agrega de 5 a 8 gotas de tíosulfato de sodio y unas gotas del indicador fenolftaleína, si no se produce el calor purpura, la alcalinidad es cero, si se produce la coloración purpura, se procede a titular con ácido sulfúrico de 0.02 N hasta el cambio de color, de purpura a incoloro.
2.
Alcalinidad total (M) Desaparecido el color purpura de la muestra anterior, agregamos 3 a 5 gotas del indicador naranja de metilo y continuamos titulando hasta el cambio de amarillo a un color anaranjado.
66
3.4.2. Dureza total El control de la dureza total se la realiza al intercambiador iónico. Se requiere una dureza mínima, tal que no produzca incrustaciones en el caldero y el compresor de amoniaco principalmente. Medir 25 ml de muestra en un vaso precipitado, agregar la solución tampón y unas gotas del indicador negro de eriocromo t, titular con solución EDTA 0.01 M hasta cambio de calor de violeta a azul. El volumen gastado multiplicado por 40 (que es igual a ppm). La dureza total es la suma de la dureza de calcio y la dureza de magnesio. Si la dureza es mayor a 40 ppm, se realiza el cambio inmediatamente al otro intercambiador. 3.4.3. Cloro residual Determinar la cantidad de cloro en el agua a ser tratada, tanto en el tanque reactor, filtro de arena, filtro carbón e intercambiador iónico. Para ello se coloca la muestra en la celda del súper colorímetro de TYLOR DPD CHLORINE TEST, a la cual se le agrega 5 gotas de los diferentes reactivos(DPD1,DPD2 y DPD3) luego se compara el color de la muestra con la del colorímetro. El rango de cloro es:
En el tanque reactor
: 7 – 8 ppm
Filtro de arena
: 7 – 8 ppm
Purificador de carbon
:
Ablandador
: 3 – 5 ppm
0 ppm
3.4.4. Hierro Tomar la muestra a la salida del purificador de carbón. Ingresar al programa guardado en el colorímetro DR/890. Para la determinación de hierro presionar la tecla PRGRM-7 luego digitar 33 y posteriormente ENTER. En la pantalla se mostrará mg/L Fe. y el icono ZERO. Llenar las 2 celdas con 10 ml de muestra y coloque una de las celdas en el porta celda y presionar ZERO. Adicionar a la segunda celda el contenido del reactivo FERROVER y agitar. Presionar la tecla 67
TIMER, luego ENTER y el equipo empezara a controlar 3 minutos para poder completar la reacción. Luego colocar la celda con ferrover en la porta celda y presionar la tecla READ, esperar hasta que en la pantalla muestre el resultado. Registrar el valor. 3.4.5. Porcentaje de sólidos o lodos Abrir la válvula de purga de lodo del tanque reactor, durante el tiempo de 10 segundos. Tomar la muestra en una probeta graduada de 100 mililitros de capacidad. Dejar reposar la muestra durante 10 minutos, al cabo de los cuales se anota los mililitros de sedimento que se han depositado en el fondo de la probeta. Al mismo tiempo se debe observar el tamaño de los flóculos y si el agua por encima del sedimento esta clara o turbia. Dejar reposar la muestra hasta completar el tiempo de 20 minutos. Los flóculos tienen que haberse depositado completamente y el agua debe ser clara y sin opalescencia. 3.4.6. Turbidez y sólidos totales Estos análisis se hacen con ayuda de los equipos específicos para estos análisis. La turbidez es realizada a las aguas de las salidas de los filtros de arena y de carbón especialmente, ya que si se presentan muy turbias quiere decir que los filtros tienen un bajo rendimiento de trabajo. Los sólidos totales este análisis también se puede decir que es especialmente para los filtros de arena y de carbón los cuales se lo realiza cada cuatro horas y cuando sea necesario para alguna verificación. 3.5.
Análisis de producto terminado
Se realizan las siguientes pruebas: 3.5.1. Determinación del grado brix en el producto Este control se lo realiza con el objetivo que los grados Brix se encuentren dentro de los estándares establecidos por las normas internacionales de The Coca Cola Company. 68
Para medir el Brix de una solución azucarada se utiliza un densímetro digital que proporciona un valor más preciso y exacto del Brix. Se procede de la siguiente manera:
Se toma una bebida recién embotellada y tapada.
Se miden de 200 a 300 ml en un erlenmeyer.
Se atempera a 20 +/- 2 o C en un baño maría.
Se tapa con un tapón el cual está conectado a una bomba de vació.
Se coloca el erlenmeyer en un agitador magnético.
Se agita y se remueve todo el dióxido de carbono.
Inyectar la bebida en la celda del densímetro, cuidando no introducir burbujas de aire.
Esperar unos 2 minutos hasta que la temperatura se acondicione al equipo.
Leer el valor que marca el densímetro y registrar los datos.
3.5.2. Prueba de carbonatación (volumen de gas) El volumen de dióxido de carbono es uno de los factores más importantes que afectan el sabor de la bebida terminada. Se hace esta prueba al inicio del embotellado con mayor frecuencia hasta que se logre una estabilización, posteriormente la frecuencia será de cada 30 minutos. Para hacer este trabajo se necesita un manómetro y un termómetro. Para la lectura se procede de la siguiente manera:
Se toma una botella al azar recién llenada y tapada
Medir en el manómetro la presión del gas, siguiendo las instrucciones del equipo
Anotar la presión máxima y la temperatura
Introducir los valores de presión y temperatura al programa, registrar los resultados. 69
3.5.3. Pruebas de hermeticidad
Sacar 8 botellas (línea Carballo) de los respectivos capsuladores.
Introducir al equipo SST (secure seal tester) una por una.
Dejar cada una de las botellas con una presión interna de 100 psi durante un minuto en una primera instancia.
Luego aumentar la presión interna a 150 psi.
Si al someter las botellas a dicha presión, estas tapas desprenden burbujas, esto quiere decir que están mal tapadas, para verificar hacemos una nueva prueba, si vuelve a desprender burbujas hay que parar producción y corregir.
3.5.4. Prueba de torque La prueba de torque o remoción tiene por objetivo el de verificar si las botellas están siendo bien encapsuladas. El procedimiento a llevar a cabo es el siguiente:
Tomar una botella de la línea de producción de cada cabezal del capsulador.
Enumerar cada botella para identificar de que cabezal corresponde.
Colocar cada una de las botellas una por una en el medidor de torque de remoción incremental electrónico.
Operar el instrumento de forma adecuada para realizar la medición.
Una vez analizada las botellas de cada cabezal anotamos los valores a la planilla de torque esto se realiza al inicio de producción y luego cada hora.
El valor estándar o ideal del torque de remoción incremental esta entre 10 y 14
En caso de estar fuera del rango aceptado se tiene que realizar el ajuste correspondiente al cabezal observado.
70
3.5.5. Prueba de tapas corona Este control se hace con el método “pasa no pasa” con un calibrador de cuatro agujeros. Dos son para verificar el borde de la botella sin tapa, es decir que por uno de ellos, debe pasar el borde de la botella y por el otro no. Representando de este modo el rango del diámetro del borde de cierre de la botella dentro del cual se considera aceptable. Los otros dos agujeros son para botellas tapadas, con el que se verifican las botellas de cada uno de los cabezales de la tapadora. 3.5.6. Determinación de la concentración de la de diet coca cola Comprobamos el fosfato ya que produce un fuerte y reproducible color azul cuando reacciona con el molibdato de amonio. Se utiliza un espectrofotómetro para cuantificar el color azul. Para este proceso se tiene una solución patrón con el cual se calibra el espectrofotómetro, luego se realiza este análisis cada media hora tratando estar sobre los parámetros de aceptación. 3.6.
Análisis microbiológico
3.6.1. Objetivo Este análisis se lo realiza con el fin de minimizar y prevenir el riesgo de contaminación, así como el crecimiento o supervivencia de microorganismos que puedan afectar la calidad del producto. La presencia de microorganismos es normal en el medio ambiente, estos se encuentran en todo lugar que no haya sido previamente saneado, esterilizado o disminuido su carga bactriana a niveles aceptables. 3.6.2. Frecuencia de análisis El análisis microbiológico se realiza una vez por semana a las aguas, jarabe y producto terminado, esto es porque en la planta se trabaja con grandes porcentajes de azúcar, que es un excelente medio de cultivo.
71
Estos
análisis
se
hacen
para
determinar
la
presencia
de
ciertos
microorganismos como los coliformes, cuentas totales, mohos y Levaduras. La proliferación de bacterias hace que en los productos terminados se tengan mala apariencia, olores y sabores extraños. Las levaduras hacen que los productos terminados se dañen por fermentación, se multiplican rápidamente en soluciones de azúcar. Los hongos, se encuentran generalmente en la parte exterior de los equipos, en drenajes mal limpiados, en los ingredientes y en las materias primas, son fácilmente transportados por las corrientes de aire a los diversos lugares de la planta. Los hongos pueden aparecer en los productos ya terminados aunque el bajo contenido de oxígeno y la carbonatación tienden a impedir su crecimiento, si estos hongos se proliferan causan malos olores y sedimentos en las bebidas. 3.6.3. Técnica de análisis En el análisis de microbiología se utiliza la técnica de la membrana filtrante. 3.6.4. Materiales y equipos
Placas petri de vidrio de 60 y 100 mm de diámetro.
Hisopos esterilizados para superficies.
Pinzas.
Viales de 3.7 ml
Envases de vidrio de 250 ml
Equipo de filtración.
Membrana filtrante AC de 0.45 y 0.8 micras.
Envases para tomar muestras (bolsas plásticas esterilizadas).
Estufa de cultivo (incubadora)
Autoclave.
Espátulas.
Vidrio reloj. 72
3.6.5. Esterilización de materiales y equipos Radiación ultra violeta En el laboratorio de microbiología se emplea este método para mantener un ambiente limpio y evitar que los guantes, los hisopos y cultivos se contaminen. El efecto de la radiación sobre los microorganismos es la muerte o mutación de la célula. Esterilización en autoclave y estufa En el autoclave se esterilizan las placas petri, los cultivos y las pipetas a una presión de 15 psi y una temperatura de 121 oC durante 10 minutos. Las cajas petri y las pipetas también pueden ser esterilizadas en estufa a 170 oC por el lapso de tiempo de 120 minutos. Para la esterilización en autoclave se tienen que tomar los siguientes cuidados: Al inicio del calentamiento no cerrar la válvula de alivio, para permitir que el vapor escape libremente por un tiempo de 2 a 3 minutos hasta eliminar todo el aire presente de la autoclave, posteriormente cerrar la válvula de alivio. Mantener constante la presión y temperatura en el tiempo deseado ya que un decrecimiento en el tiempo o en la presión hará la esterilización inefectiva y un incremento
podría
limitar el trabajo
el trabajo
apropiado del medio
microbiológico. 3.6.6. Toma de muestra Las muestras que se analizan son liquidas, las cuales se toman con mucho cuidado en bolsas esterilizadas especiales para este control microbiológico. Se toman muestras de agua y jarabe. Procedimiento
Abrir la válvula o llave y dejar fluir el líquido (2 a 3 minutos) lo suficiente para eliminar todo lo que este detenido en una zona muerta.
73
Se cierra la llave, se rocía con alcohol (96o) externa e internamente, con el uso de una antorcha flamear durante 1 a 2 minutos con el objeto de eliminar los microorganismos que pudieran estar presentes.
Una vez esterilizada se abre la válvula y se deja enfriar antes de tomar la muestra, se retira el sello de seguridad de la bolsita y se recibe la muestra, rápidamente se cierra para evitar contaminación del medio.
Para el análisis microbiológico del agua se debe tomar muestra de los siguientes puntos:
Agua de los pozos ( 1,2,3 )
Agua del tanque cisterna
Agua del filtro de arena(1,2,3,4)
Agua del filtro carbón(1,2,3,4,5,6)
Agua del filtro pulidor(línea CARBALLO, KHS y jarabes)
Agua de la sala de jarabe.
Agua de enjuague de los ablandadores (1, 2,3,4).
Para el análisis microbiológico de jarabe y productos terminados se deben tomar muestras en los siguientes puntos:
Jarabe simple sin filtrar del tanque de enchaquetado.
Jarabe simple filtrado del intercambiador.
Jarabe terminado ( sala de jarabe terminado )
Jarabe del propocionador ( línea KHS y CARBALLO )
Cinco botellas de producto terminado (línea KHS y CARBALLO )
3.6.7. Procedimiento para la filtración por membrana
Se debe tener agua destilada esterilizada
Un ambiente estéril
Filtrar las muestras con la ayuda de una bomba al vació.
74
En cada placa Petri colocar el tipo de cultivo apropiado tanto para Coliformes Cuenta totales, Levaduras y Hongos.
Algo que facilita esta siembra de microorganismos es que los medios de cultivo están en forma de membrana y están listas para ser utilizadas.
Sembrar todas las muestras y el blanco llevar a incubar a las temperaturas de crecimiento de cada tipo de microorganismo
Una vez terminado todo el proceso se ordenan las placas identificándolas y se colocan en forma invertida en la estufa, para dar paso al proceso de incubación por 96 horas. A una temperatura de 28 y 35 oC.
3.6.8. Identificación e interpretación de los resultados Después de la incubación, la fase final del análisis microbiológico es la identificación e interpretación de los resultados. Hay dos consideraciones de importancia: 1.
El recuento de las colonias se hace mediante un análisis sistemático de la membrana de filtración, muchas membranas tienen un
sistema
cuadriculado que facilita el recuento. 2.
Con algo de práctica, pueden identificarse el tipo de microorganismo, por la apariencia general de las colonias y sus colores característicos.
Las coliformes se distinguen de los otros microorganismos por su brillo metálico, su resultado se expresa por 100 milímetros de muestra. Las colonias de levaduras tienen su apariencia lustrosa de color verdosa y perfil granulado, se expresa por 20 mililitros de muestra de bebida y 100 mililitros para agua de enjuague. Las colonias de hongos son de mayor tamaño que los de bacterias o levaduras. Su color es blanco cremoso ligeramente verdoso, café o negro su apariencia característica es algodonoso o vellosa se lo expresa por 20 mililitros de muestra de bebida y 100 mililitros para agua de enjuague. Para el recuento total de microorganismo, contar todas las colonias que tengan un color amarillo verdoso y expresar la cuenta por 1 mililitros de muestra. 75
IV.
PROCESO DE FABRICACIÓN DE BEBIDAS CARBONATADAS
4.1.
Lavado de botellas
Este lavado se realiza con el objeto de lavar las botellas que llegan de fábrica, tanto nueva como vieja, para su posterior utilización. En el lavado se utiliza soda cáustica, que tiene varias ventajas como ser su bajo costo,
funciona como detergente y germicida a la vez. Todo esto a una
temperatura específica y una concentración específica de soda caustica. 4.1.1. Pasos a seguir en el lavado de botellas Recepción de botellas Las botellas sucias son llevadas desde su almacenamiento hasta el despaletizado, lugar donde se colocan en un transportador que lo conducirá hasta la desencajonadora. La desencajonadora tiene unos cabezales neumáticos que atrapan las botellas y las llevan hacia la cinta transportadora que las conduce a la lavadora. Pre - inspección y carga. Las botellas que regresan a la fábrica son inspeccionadas por un visorista y las que se encuentran dañadas o muy sucias se las separa, antes de cargar las botellas a la lavadora. La pre inspección consiste en revisar las botellas para seleccionar las botellas buenas de las malas para luego eliminar las malas y llevar las buenas a la lavadora para proceder al lavado de las mismas. No se deben cargar en las lavadoras botellas dañadas, con cuellos obstruidos, que tengan desperdicios sueltos o botellas no lavables. Después de la pre inspección las botellas deberán ser colocadas en la línea de la cadena o de la rueda de la lavadora en forma totalmente mecanizada. Las ventajas de la pre inspección son las siguientes:
Aligerar el trabajo del inspector de botellas lavadas.
Disminuir las paradas del equipo. 76
Disminuir el consumo de cáustico.
Mejorar la condición de las soluciones.
Prolongar el uso de las soluciones.
Pre – enjuague Es la primera operación que se lleva a cabo en la lavadora. La botella pasa a través de chorros de agua que la enjuagan por dentro y por fuera. El objetivo del pre enjuagué es:
Quitar todo el polvo y suciedad sueltos, evitando así la contaminación innecesaria de la solución lavadora.
Pre – calentar las botellas para que no se rompan cuando entran en las soluciones lavadoras calientes.
Para obtener un buen enjuague deberán observarse las siguientes reglas:
Inspeccionar cuando menos dos veces al día las boquillas de los enjuagues para asegurarse de que no estén obstruidos y de que las botellas estén siendo centradas adecuadamente sobre los chorros interiores.
La presión del agua deberá ajustarse convenientemente y deberá mantenerse constante. Si la presión y el flujo son demasiado grandes, el agua no escurrirá de las botellas correctamente, ya que formaran un tapón en el cuello de la botella interfiriendo con enjuagues posteriores.
La temperatura del agua del pre enjuague no debe ser mayor en 32°C sobre las botellas que entran; ni menor en 22°C debajo de la temperatura de la solución lavadora del siguiente tanque.
Lavado y saneado El método de lavado y saneado consiste en sumergir las botellas en una solución de soda cáustica caliente más un aditivo (Divo 660). La operación del lavado cumple dos objetivos: 77
Quita la suciedad de las botellas
Dar mayor brillo a las botellas.
El Divo 660 es un producto
acido, indicado como aditivo para soluciones
cáusticas en máquinas para lavar botellas. Divo 660 se diferencia de los aditivos tradicionales, principalmente por su formulación, una vez que todos los componentes que forman la solución están estables, proporciona una vida más larga de la solución de limpieza. Un gramo de divo 660 neutraliza 0.33 gramos de NaOH libre. Por ejemplo, una solución de lavado que contenga 2.0% de NaOH a la que se haya adicionado un gramo por litro de divo 660 tendrá una alcalinidad libre expresada en NaOH de 1.97%, o sea, una merma de 0.03% de NaOH libre en la solución. 4.2.
Características y beneficios
1.
no es corrosivo
2.
remueve óxidos de los cuellos de botellas y resalta el brillo
3.
mejora el drenaje de la soda.
Uso de Divo 660 se recomienda en una concentración de 0.09 a 0.1% sobre el volumen de la solución 4.2.1 Enjuague final Después
de lavar
las botellas, deben ser enjuagadas con agua blanda a
temperatura ambiente para eliminar cualquier residuo de detergente. Con el enjuague deben alcanzarse los siguientes objetivos:
Eliminar todo residuo de la solución lavadora; cualquier álcali que quede adentro de la botella neutralizara algo de la acidez de la bebida.
Enfriar las botellas; las botellas calientes causan espumeo en la gaseosa, eliminándose así el gas carbónico de la bebida.
4.2.2. Inspección de botellas lavadas. Existen dos métodos de inspección de botellas lavadas: 78
Inspección visual El lugar debe contar con una buena iluminación para realizar una buena inspección. Una persona no debe inspeccionar más de 150 botellas por minuto pues su eficiencia disminuirá, si se lavan más de 150 botellas por minuto, la línea debe dividirse en dos estaciones de inspección. Para abarcar completamente la botella con la mirada, los ojos estarán en un nivel de 2,5-4 centímetros debajo de la parte superior de dichas botellas y las distancias de los ojos a las botellas serán de unos 60 centímetros. El trabajo de inspección visual es agotador, por lo que se cambian a los inspectores periódicamente para romper la monotonía o darles periodos de descanso a la vista durante los cuales no desempeñan tareas arduas. Cuando rechaza botellas, el inspector debe tener disponible tres distintos grupos de cajas: uno para botellas no lavables, otro para botellas que pueden volverse a lavar y el último para botellas inservibles.
Inspección automática La empresa posee máquinas automáticas para la inspección de botellas vacías, que están instaladas en la línea transportadora a la salida de la lavadora y después de la inspección visual. Las botellas pasan por el LINATRONIC, el cual saca fotografías a todas las botellas y por medio de sensores manda la señal para que estas botellas que son reconocidas como defectuosas el equipo las rechace antes de que lleguen a la llenadora. Para que el equipo opere en óptimas condiciones se lo tiene que calibrar cada 2 hr y cada vez que se lo requiera, con botellas patrones. La inspección se puede realizar a una velocidad máxima de 750 botellas por minuto. Este sistema de inspección descubrirá fondos rajados o falsos, cuellos rajados, suciedad o materia extraña el fondo, residuos de agua y soda 79
cáustica. Los objetos pequeños y planos adheridos a los lados no serán descubiertos. Podrán descubrirse los objetos translucidos o transparente que estén en la zona sensible, tales como celofán, bolsas plásticas, astillas de vidrio pero con menos posibilidad que los objetos opacos.
El sistema tendrá un 99% de eficiencia con los objetos que más frecuentemente originan quejas como ser corchos, paradores para el pelo, coronas, alfileres, polleras o precintos de seguridad de tapas y otros materiales que pueden ser insertados por el cuello de la botella y que no se pueden sacar fácilmente. 4.2.3. Lavado de botellas ref-pet Casi es el mismo procedimiento que las botellas de vidrio no obstante para las botellas ref-pet (botellas retornables) se realiza un tratamiento de inspección previo a la usual en botellas de vidrio. La botella plástica al ser porosa puede absorber sustancias que se hayan vaciado en su interior y retener olores y sabores de manera permanente. Para motivo la planta embotelladora cuenta con un detector de impurezas denominado control de parámetros ALEXUS. Este es un equipo electrónico que mediante un cabezal toma muestra, absorbe el contenido de olores a través de componentes neumáticos que lleva la muestra a través de tres canales
(SOx, NOx, SAM) de inspección en el cual
ocurre una reacción el cual utiliza el principio de la Quimioluminiscencia, la cual mediante tarjetas analógicas digitales de alta velocidad lee un número el cual se detecta y rechaza aquellas botellas contaminadas con hidrocarburo, de compuestos nitrogenados o sustancias aromáticas. Estas sustancias no pueden ser removidas de las botellas por los métodos convencionales de lavado, por lo cual las botellas son separadas de la línea de cadena. 80
Para que el ALEXUS pueda detectar mejor los gases contaminados con nitrógeno y derivados de petróleo se le inyecta 4.5 ml de carbonato de sodio en cada botella para aumentar la emisión de gases. Este proceso lo realiza un equipo llamado SYNCSROJET. Para la calibración del equipo se preparan botellas patrón que contengan estos éstos contaminantes. Se transfieren 100 ml de solución de tolueno a cada botella previamente preparada con una concentración específica. Esto para el primer
canal que es el que compara las botellas con
hidrocarburos. Luego para el segundo canal que compara las botellas contaminadas con materias orgánicas y compuestos nitrogenados de igual forma se transfieren 100 ml de solución de cloruro de amonio ClNH₄ y 1 ml de hidróxido de sodio NaOH a cada botella previamente preparadas con concentraciones especifica. Para el lavado de botellas plásticas Ref-Pet, se tiene que tener mucho cuidado con la temperatura, el tiempo y la concentración de sosa caustica. La temperatura tiene que estar en un rango de 45 a 60 ºC y el tiempo de permanencia debe ser diez minutos. Si se pasa del límite de tiempo y temperatura las botellas se deforman
81
LAVADORA DE BOTELLAS DE VIDRIO Y CAJAS
VAPOR
H2O
INTERCAMBIADORES TUBULARES
BOTELLAS SUCIAS
BOTELLAS LAVADAS
TEMPERATURA DE LAVADO 60 – 70 o C
CAJAS SUCIAS
CAJAS LAVADAS LAVADORA DE CAJAS VACIAS
fig. IV-1 Diagrama del proceso de lavado de botellas y cajas
82
FIG IV-2 Lavadora de botellas 4.3.
Elaboración de botellas plásticas
4.3.1. Área de soplado La sala de soplado se elabora las botellas PET de formato 500 - 2000 para el caso de coca cola, fanta y sprite, pero también se elabora de tamaño 2500 cc para coca cola solamente y 600 - 2000 cc para agua vital y mineragua. El proceso es el siguiente:
Pre-formas.- Son conos con cabeza rosca para tomar con un proceso
determinado se le da forma de una botella.
FIGIV-3 Pre-formas antes del soplado
Arrastre por vía aérea.- Las pre-formas son llevadas por una cinta
transportadora de la tolva y luego caen por gravedad e ingresan al horno a un pre-calentamiento y luego a un calentamiento final.
83
fig. IV-4 Transportado de pre-formas
Pre-Calentamiento y Calentamiento Final En esta etapa se calienta las pre-formas para darles la forma de las botellas que se quiere elaborar en cual el pre-calentamiento se hace a una temperatura de 1050C Luego el calentamiento final se hace a una temperatura de 1800C para darle una mejor formación de la botella. En el pre-calentamiento y en el calentamiento final lo único que se calienta es la parte de abajo sin dañar la parte de arriba que contiene la rosca.
Soplado Una vez calentado rápidamente se pasa a una sopladora que este le da su forma final a una presión de 150 PSI. La sopladora cuenta con una capacidad seis moldes por formato el cual despacha 7200 bot/hr. Una vez soplada la botella pasa a ser litografía o etiquetada para finalmente ser paletizado, embalada y almacenada.
84
FIG IV-5 Moldes para el soplado de botellas
Etiquetado Se hace una vez terminado el proceso de soplado y está ya formada la botella de formato deseado para luego pasar a su almacenaje y luego a su uso.
FIG IV-6 Etiquetadora de botellas
Pallet Se llama pallet al almacenaje de las botellas PET en un determinado tiempo para luego dar a su uso adecuado.
85
Se hace esto en una paletizadora automática que reúne 10 pisos de botellas dependiendo del tipo de formato que se está elaborando y se lo cubre con hule para que no penetre la humedad.
fig. IV-7 Paletizado de botellas 4.4.
Proceso de fabricación de jarabe
La preparación del jarabe es una de las operaciones más importantes que se siguen en el proceso de la obtención de bebidas carbonatadas. El objetivo es preparar un jarabe simple y terminado homogeneizado para producir bebidas de acuerdo al sabor que se quiera obtener. Existen dos clases de jarabes: Jarabe simple y Jarabe terminado.
El jarabe simple que es una mezcla de azúcar y agua cuidadosamente mezclados hasta lograr el Brix deseado dependiendo del sabor que se quiera preparar. El jarabe se prepara a temperaturas elevadas (80 a 85o C) teniendo cuidado que el proceso esté bien controlado. El proceso en caliente consiste en calentar el jarabe para ayudar a disolver el azúcar y destruir los microorganismos. Cuando se almacenan los jarabes por varios días el proceso en caliente ha demostrado ser el más beneficioso.
86
El jarabe terminado no es nada más que el jarabe simple enfriado al que se le han añadido los concentrados y bases de la bebida. El objeto primordial de la elaboración de los jarabes es el de preparar un jarabe satisfactoriamente
mezclado
y
terminado
para
producir
bebidas
uniformes de alta calidad. 4.4.1. Jarabe simple La preparación de jarabe simple no es otra cosa que la mezcla de azúcar y agua, y su preparación comprende cinco pasos básicos, los cuales se ilustran a continuación:
Medición de la materia prima (azúcar y agua).
Mezclado.
Tratamiento con carbón activado.
Filtración.
Enfriamiento.
4.4.2. Medición de la materia prima El azúcar generalmente contiene pequeñas cantidades de materias extrañas y sólidas, además de llevar consigo cierta humedad. Teniendo en cuenta estos factores se tienen calculadas cuidadosamente las cantidades de agua y azúcar necesarios para obtener el jarabe deseado. El agua ha de ser la misma calidad que la empleada para la bebida final, es decir agua tratada. No se preparan grandes cantidades de jarabe simple y dejándolas en reposo hasta que se necesiten. Es decir que se prepara jarabe simple para usarlo en un periodo de 24 a 48 horas. Debido a que tanto el agua y el jarabe simple llegan a dicha temperatura por transferencia de calor con vapor. Se pone en marcha el agitador del tanque de mezclado que contiene la cantidad apropiada de agua, luego se añade el azúcar. Si no se tiene en
87
marcha el agitador el azúcar se depositara en el fondo y luego será casi imposible activar el agitador. El agitador del tanque debe continuar en marcha hasta que se hayan disuelto todos los cristales de azúcar. El tiempo de mezclado puede variar, pero normalmente requiere de 2 a 3 horas pasado los cuales el jarabe simple está listo para ser filtrado. El mesclado del jarabe va acompañado de un calentamiento que obedece a dos razones: 1.
Facilitar el proceso de disolución del azúcar
2.
Como pasteurización para eliminar cualquier posible microorganismo patógeno que estuviera presente.
4.5.
Tratamiento con carbón activado
El carbón activado es añadido al jarabe simple para absorber los malos olores y sabores, el carbón activado es aquel que a sido tratado para darle especiales prioridades absorbentes. Hay muchas clases y grados disponibles y solamente un carbón activado que es echo expresamente para el tratamiento del azúcar puede ser usado. La cantidad de carbón necesaria varía con el color, sabor y olor a ser removidos del azúcar. Un peso de carbón aproximado al 0.1 % del peso de azúcar será suficiente. El carbón que viene como un polvo negro es añadido directamente al jarabe simple en el tanque luego de agregado el azúcar. El resultado es una mezcla de aspecto turbio que puede llegar a desconcertar a primera vista. La capacidad de absorción del carbón activado se incrementa con la temperatura y por lo tanto la mezcla de jarabe simple-carbón es calentada hasta 80 a 85 ºC. el tanque agitador debe estar operando constantemente para mantener el carbón y el jarabe bien mezclados.
88
La temperatura debe ser regulada cuidadosamente. Si el azúcar es sobrecalentada se puede caramelizar o quemar. Esto afectara no solo al color si no también el sabor final de la bebida y pueden causar dificultades a la hora de limpiar el tanque. 4.5.1. Filtración La mezcla de jarabe simple-carbón es filtrada para remover el carbón y otras sustancias extrañas. El filtrado es luego enfriado y usado en la elaboración de jarabe terminado. Para mejorar la calidad del filtrado se utiliza una ayuda de filtro que es capaz de formar una torta de filtro sumamente permeable. Las ayudas de filtro son particularmente útiles en soluciones que contienen sólidos muy finamente divididos como es nuestro caso, para así evitar el escape de partículas pequeñas al interior del filtro. Su uso permite la conversión de una clarificación que emplea un medio profundo a una filtración de torta empleando una malla con un rendimiento mejor.
Tipo de filtro En esta planta se utiliza filtros de placas verticales, que son los que se usan en la mayoría de las embotelladoras. Este filtro está formado por un determinado número de placas, en este caso son seis, cada una de las cuales esta perforada y lleva a su vez un orificio. Esta placa no filtra, esta placa no filtra sino que simplemente soporta la capa de la ayuda de filtro.
Ayuda de filtro La ayuda de filtro que se utiliza en la planta es la sílice diatomácea, denominado también diatomita y tierra diatomea, el cual es un sílice casi puro preparado a partir de yacimientos de esqueletos diatomáceos y perlita dilatada, partículas de lava hinchada, que son principalmente de 89
silicato alcalino de aluminio. Las ayudas de filtro de sílice diatomáceo tienen una densidad volumétrica en cerco de 8 lb/pie³
y contienen
partículas, en su mayor parte menores que 50 micras. 4.5.2. Enfriamiento El enfriamiento que se realiza al jarabe simple ya filtrado se lo hace con un intercambiador de calor de placas, el cual enfría el jarabe en dos etapas que son:
Primera etapa.- en esta primera etapa el jarabe simple es enfriado con agua a temperatura ambiente de 80 a 35 ºC, de ahí pasa a la siguiente etapa.
Segunda etapa.- en esta segunda etapa el jarabe es enfriado con agua fría proveniente del banco de agua helada, de 35 a 20 ºC. para posteriormente pasar a la elaboración de jarabe terminado. PROCESO DE ELABORACION DE JARABE SIMPLE Retorno a la sala de calderos
Vapor
Tanque para preparacion de jarabe simple Pasteurizador
Filtro de placas verticales
Azucar
Filtro
Agua (39-40°C) Agua Agua fria (10°C) Jarabe caliente Filtrado
Agua (25°C)
Tanque de almacenamiento ( jarabe Frio)
fig. IV-8 Diagrama del proceso de la elaboración de jarabe simple 90
4.6.
Proceso de embotellado del producto terminado
La sala de embotellado es el lugar donde se realiza el embotellado de las bebidas carbonatadas. En esta sala existen los siguientes equipos:
Llenadora Equipo utilizado para el llenado de botellas con bebidas.
Proporcionador Proporcionan agua tratada y jarabe terminado a fin de obtener una mezcla que cumpla con la relación agua-jarabe especificada por la compañía.
Carbo enfriador (Línea Carballo) Utilizado para el enfriamiento y la Carbonatación de la bebida.
Intercambiador de calor (Línea KHS) Equipo utilizado para el enfriamiento de la mezcla agua-jarabe.
Precarbonatador Adiciona
o
inyecta
dióxido
de
carbono
antes que
ingrese
al
intercambiador de calor de tubo y coraza.
Carbonatador (Línea KHS) Se lo utiliza para la Carbonatación de la mezcla previamente enfriada en el intercambiador de calor.
Carbonatador (Línea C3-40) Se utiliza para la carbonatación y la mezcla de la bebida previamente enfriada, para un mayor rendimiento.
Micrómetro Placa de orificio utilizado para regular la dosificación de agua de manera que la mezcla cumple con la relación agua-jarabe.
Calibre Pieza metálica con orificios laterales y un orificio inferior con un diámetro adecuado al sabor y tamaño del producto a prepararse, que se usa para 91
la dosificación de jarabe constante, de manera que la mezcla cumple con la relación agua- jarabe.
Desaireador Equipo diseñado para quitar parte del aire que normalmente está disuelto en el agua, mediante una bomba de vació. El objetivo del proceso de embotellado es asegurar la calidad e inocuidad de la bebida durante el proceso de llenado de botellas, de manera que al llegar el producto al consumidor este quede totalmente satisfecho.
4.6.1. Etapas del proceso de embotellado El proceso de llenado o embotellado consta de cuatro etapas que son:
Mezcla
Carbonatación
Envasado en botellas
Mezcla En la línea Carballo, el agua tratada y el jarabe son mezclados, esa mezcla es bombeada a los Carbo enfriadores, donde los procesos de enfriamiento y Carbonatación se hacen en forma simultánea. En la línea KHS, este proceso se efectúa en forma separada ya que la mezcla primero es bombeada a un intercambiador de calor para ser enfriada, seguidamente la mezcla fría es bombeada al carbonatador. Carbonatación La mezcla bombeada desde el recipiente mezclador pasa al Carbo-enfriador (línea Carballo), donde es divida por un sistemas de charolas con finos agujeros, de tal manera que todas las superficies de la mezcla queden expuestos a la atmósfera de gas carbónico.
92
Luego la mezcla cae al fondo del carbonatador pasando sobre la superficie de las placas enfriadas con amoniaco, de esta manera la mezcla enfriada y carbonatada pasa a la llenadora. En la línea KHS, la mezcla bombeada desde el recipiente mezclador es enfriada en un intercambiador de calor de tipo tubo y coraza, que trabaja con amoniaco. De aquí la mezcla ya fría es bombeada al carbonatador, el cual usa una ducha provista de finos agujeros para la desintegración de la mezcla a fin de que todas sus superficies queden expuestas a la atmósfera de gas carbónico, luego la mezcla enfriada y carbonatada pasa a la llenadora. La Carbonatación de la bebida se realiza a una temperatura de 2 a 5°C. En la línea C3-40 en esta línea se tiene unos vasos proporcionadores de agua tratada y jarabe terminado los cuales pasan al carbonatador previamente enfriada con amoniaco y a determinada presión donde la bebida terminada es carbonatada Carbonatador de Bebida terminada
Vaso proporcionador de Agua tratada
Vaso proporcionador de Jarabe terminado
FIG IV-9 Carbonatador Llenado La operación de llenado se efectúa por medio de las válvulas llenadoras, a través de ellas el líquido contenido en el tanque anular desciende e ingresa a las botellas.El descenso se produce por la diferencia de presión que existe en el
93
Carbonatador y la contrapresión de la llenadora, ya que esta ultima tiene menos presión que el carbonatador. La válvula se sujeta al tanque anular por medio de una grapa sostén que se fija a la parte externa del fondo del tanque.Luego de preparada la llenadora para una operación normal de embotellado con liquido y contra presión en el tanque anular pero aun sin botellas la válvula se encuentra cerrada, es decir que las válvulas de venteo y de liquido están cerradas. Las botellas ubicadas en el pistón elevador suben y sella su borde superior contra la campana.
PROCESO DE LLENADO DE BOTELLAS
Rueda de llenado a presion Capsuladores Del carbonatador al enfriador Alimentador de tapas
Alimentacion de botellas vacias
botellas llenas
Inspeccion Maquina encapsuladora
fig. IV-10 Proceso de embotellado
fig. IV-11 llenado y encapsulado 94
Tapado de botella En la planta embotelladora utiliza dos tipos de tapas para el tapado de las botellas por lo que se necesitan dos máquinas tapadoras que son: -
Maquina coronadora.
-
Maquina encapsuladora.
1.
Maquina coronadora Ubicada la botella a coronar en la coronadora y con una tapa en la campana el cabezal coronador bajara por acción del excéntrico y el rodillo. Con la botella centrada por la campana, el vástago sujetador apoyara sobre la tapa corona, mientras el coronador propiamente dicho continuara bajando. El vástago por medio del resorte asegurara la tapa corona en la posición de coronado. En su carrera descendiente los segmentos coronadores forzaran la pollera de la tapa corona sobre el cuello de la botella engrampando la misma fuertemente.
2.
Maquina encapsuladora La máquina enrosca la tapa plástica en la botella que es totalmente independiente de la maquina coronadora ubicándose a cierta distancia de la llenadora. Esta máquina coloca la tapa sobre la rosca de la botella, al mismo tiempo la enrosca hasta que la fuerza de los imanes del cabezal del encapsulador lleguen a su tope. Mientras más cerca estén los imanes del cabezal del encapsulador más fuerte va a tapar o sellar la botella.
4.7.
Control final de botellas llenas
Después que las botellas han pasado por el llenado, tapado, codificado deben pasar por una inspección donde se controla:
El nivel, es decir la altura de la bebida. 95
Si hay formación de espuma.
El tapado correcto.
Botellas con pico quebrados en la tapadora.
Etiquetas.
Codificado.
Antes de realizar todos estos controles, el analista de control de calidad debe realizar la prueba del volumen del gas, brix, el encapsulado correcto o torquímetro, capacidad, los cuales se los realizan en el laboratorio. El trabajo de los inspectores es no dejar pasar aquellas botellas que tengan algunos de estos defectos nombrados anteriormente, para cumplir con las exigencias de calidad tanto por el exterior de la botella es decir, tanto la apariencia de la botella como la calidad del producto. Luego las botellas que estén en óptimas condiciones pasan hacia la encajonadora, para posteriormente ser paletizadas y finalmente almacenadas.
96
V.
ALMACENAMIENTO
Dentro de la plata se tiene un sinnúmero de recipientes y espacios utilizados como depósitos, almacenamiento u otro destino como los descritos a continuación: Sala de tratamiento de agua. 5.1.
Pozos profundos
Se hizo necesaria la excavación de dos pozos de tipo profundo de aproximadamente 130 98 metros de profundidad, desde donde se bombea el líquido hasta un tanque cisterna de capacidad de 100000 litros en la cual se mezcla con el agua de Saguapac. Este cisterna de agua cruda cumple la función de almacenar el agua al cual se le inyecta cloro para luego ser tratada. También cuenta con otro cisterna de almacenamiento el cual almacena el agua semitratada para luego ser llevada al proceso de purificador con carbón activado y así poder ser usado en la elaboración de bebidas carbonatadas. 5.2.
Sala de jarabe
Azúcar El azúcar se debe almacenar en una habitación separada que tenga una buena ventilación, y una temperatura adecuada. El almacén está provisto de puertas y ventanas de cierre seguro para que no permita el ingreso a insectos en especial abejas, y además partículas en suspensión como ser polvo. La planta embotelladora EMBOL S.A. cuenta en sus predios de una sala destinada para el proceso de elaboración de jarabes (jarabe concentrado, jarabe simple y jarabe terminado). La misma cuenta con un tanque de preparación y mezclado de jarabe simple pre filtrado este tiene una capacidad de 20 m³. En la misma sala pero en otro despacho está destinado la preparación de jarabe terminado. Aquí se dispone 97
de 7 tanques para este contenido, 6 de los cuales tienen una capacidad para almacenamiento de 20 m³ y el ultimo con una capacidad de 4800 litros, así como un pequeño tanque para la preparación de y mezclado de los de más ingredientes, tales como: saborizantes ácidos, concentrado y colorantes de los cuales está compuesto el producto. La sala de depósito de azúcar que también forma parte de la sala de jarabe que sin embargo está aislada de esta última cuenta con un espacio para aproximadamente 10000 qq. de azúcar blanca refinada del que la empresa se provee de las distintas fábricas azucareras. 5.3.
Equipos de mantenimiento
La embotelladora EMBOL S.A. cuenta con una sala de almacenamiento de todas las herramientas necesarias para el arreglo y mantenimiento de los diferentes equipos. Y además de las piezas de las llenadoras para los distintos formatos de producción. 5.4.
Sala de compresores
Este despacho cuenta con dos tanques para el almacenamiento de amoniaco, el mismo que es utilizado para refrigerar la bebida elaborada por la empresa así como medio refrigerante de los diferentes despachos u oficinas. Los mencionados tienen las siguientes características:
Tanque 1
Presión de trabajo = 18 bar.
Capacidad volumétrica = 420 l.
Tanque 2
Presión de trabajo =18 bar.
Capacidad volumétrica = 212 l.
98
5.5.
Dióxido de carbono
La planta embotelladora EMBOL S.A. cuenta con un tanque de almacenamiento horizontal para gases con una capacidad de almacenamiento de 11345 Kg. De CO2, que corresponde a un volumen de tanque aproximado de 20 m³, de acuerdo a las siguientes características
Densidad
= 777Kg/m³.
Temperatura de fusión
= -78.5 ºC
Temperatura de ebullición
= -56.6 ºC
5.6.
Sala de contra muestra
La sala de contra muestra es donde se guardan las muestras de los productos acabados, estas muestras se toman al inicio de producción así como también al inicio del nuevo turno entrante y final de producción así también final de turno. Esto se lo hace a fin de comprobar y revisar el producto si se presenta algún problema en el futuro. De acuerdo con la fecha de elaboración del producto. Se busca la contra muestra de la fecha específica y se analiza nuevamente para la confirmación de la calidad del producto. 5.7.
Producto terminado
Una vez elaborado la bebida carbonatada esta es almacenada en otro extremo de la sala de producción llamado expedición donde no dura mucho tiempo, puesto que de ahí sale a los camiones repartidores, cabe mencionar que los diferentes productos son almacenados en secciones separadas a temperatura del medio ambiente.
99
VI.
RECALCULO DE EQUIPO
6.1.
Introducción
La aplicación del recalculo de equipo se lo realizo en el intercambiador de calor de placas utilizado en el proceso de preparación de jarabe simple. Determinando la eficiencia térmica a la transmisión de calor, el calor real o balance de energía y los requerimientos de vapor para el proceso. Para el balance de energía se toma en cuenta como un sistema aislado solo el intercambiador de calor. Para el calentamiento se aprovecha el calor latente del vapor de agua saturado, el flujo de calor está considerado en condiciones estacionarias, es decir que el calor cedido por el vapor es el mismo calor que acepta el jarabe para el calentamiento. Como se señalo anteriormente la preparación del jarabe simple incluye tres operaciones como ser:
Calentamiento de agua hasta 65ºC
Calentamiento de jarabe desde 65ºC hasta 85ºC.
Mantenimiento del jarabe a 85ºC, durante 30 min. para la pasterización y adición del material adsorbente.
6.2. Como
Desarrollo del cálculo se
conoce
existen
dos
métodos
de
diseño
principales
para
intercambiadores de placas, el método DTLM y el de la eficiencia. Realizando una comparación entre los dos métodos, el método de la eficiencia NTU, es el más recomendado para el cálculo de calor real de un intercambiador de placas cuando se desconocen los datos de temperatura de salida de los dos fluidos, a continuación desarrollaremos el recalculo del coeficiente global de diseño, el número de unidades de transferencia (NTU), la eficiencia, el calor real necesario para cada operación, y la caída de presión del intercambiador. Teniendo los datos del área de transferencia y las temperaturas de entrada de lo fluidos. 100
6.3.
Datos técnicas del equipo
Características Peso neto: 299 kg Longitud paquete de placas cerrado: 80 mm. Volumen de líquido: 171 Presión de diseño: 16.0 bar. Presión de prueba: 21.0 bar. Tabla VI-1 Datos Técnicos (Mantenimiento) Medios
Vapor
Solución
de
sacarosa (62Abrís) Caudal
927.62 Kg./h
25794 Kg./h
Temperatura
180 ºC
35 a 90 ºC
programada Temperaturas
de 145 ºC
65 ºC
entrada Presión de diseño
767 Kpa
636 Kpa
Volumen de liquido
8.01
9.01
Entrada
S1
S3
Salida
S2
S4
Material de las placas : AISI 316 Espesor de la placa
: 0.50 mm.
Conductividad térmica: 13.98 (Kcal. / h.m. ºC) Agrupamiento:
1*
8h 1 * 9h
Tipo = Arreglo en U. (ver Fig. de distribución de flujo) Ancho: w = 0.435 m Alto: a = 0.915 m. Espacio entre placas: 4.17 mm. 101
fig. VI-1 Esquema del intercambiador de calor
fig. VI-2 Intercambiador de placas
102
6.4.
Datos del fluido
Se tienen los siguientes datos (Ref. J. Perry ) Capacidad calorífica: 0.880 Densidad(ρ): 1058
kcal Kg º C
kg m3
Conductividad térmica(k): 0.5114 Viscosidad (μ): (60 ºBRIX)01
kcal h.m.º C
kg m.s
Factor de incrustación del jarabe (Rc-f): 0.0002
6.5.
Cálculo
1.
Calculo de N Re : N Re =
G / nc * De
h.m 2 .º C kcal
(1)
Donde: W= Flujo músico = 25794
kg h
A= Área de Flujo = b*w = 4.17*435 = 1816.76 mm. 2 1.82 *103 m 2 G = W / A = 25794 / 1.82 * 103 3 949.9
kg s.m 2
n c = Número de canales = 9 b = Espacio entre placas = 4.17 mm. W = Ancho de la placa. = 435 mm.
103
De 4rh rh
Areadeflujo 4 wb 8.31 * 10 3 m perimetromojado 2 w 2b
Re emplazandoen / 1 : N Re
2.
438.85 * 8.31 * 10 3 3647Flujoturbulento 0.001
Calculo N pr : N pr
3.
Cp * 0.880 * 0.001 6.195 K 1.4 *10 4
Calculo del coeficiente de transferencia: h c Marrito presenta la siguiente ecuación de diseño para placas tipo Chevron construidas por la firma Alfa – Laval, ( Shah et al.,1988) Para flujo turbulento: N Nu
hc * De 2 / 3 1 / 3 0.380 * N Re * N Pr k
(2)
Reemplazando en la ecuación (2): hc 10008
kcal h.m 2 .º C
Cálculo del coeficiente global de transferencia: Aplicando la ecuación: 1 1 x 1 Rc R f U m hc k p h f
(3)
Donde: hc Coeficiente de convección del fluido caliente = 7323.2
(Ref. Donald Kern)
104
kcal h.m.º C
h f Coeficiente de convención del fluido frío = 10008
kcal h.m.º C
x = Espesor de las placas = 0.001 m. k p = Conductividad del acero 13.98
kcal h.m.º C
R c = Coeficiente de ensuciamiento del fluido caliente = 0.0002
h.m.º C kcal
R f = Coeficiente de ensuciamiento del fluido frío = 0.0002 (m h. C/ Kcal.) Reemplazado en la ecuación (3): U m 1412.42
4.
kcal h.m.º C
Cálculo del C min y C max : En el caso de condensación de vapor el fluido primario corresponderá al del C f es Decir: Cmax wc * C pc max
(4) y (5)
Cmin w f * C pf min
Como el: C pc = 0.5 C pf = 0.880
kcal para el fluido caliente. Kg º C
kcal para el fluido frío. Kg º C
Reemplazando en (4) y (5):
C max = 463.81
kcal hº C
105
C min = 22698. 5.
kcal hº C
Cálculo de número de unidades de transferencia (NTU): El cálculo de NTU para condensación está definiendo en función del fluido primario en Este caso el fluido frio, dado en la siguiente ecuación: NTU=
t2 t2 MLDT
(6)
El MLDT para flujo en contracorriente es:
MLDT =
T1 t2 T2 t1
(7)
T t Ln 1 2 T2 t1
Como T 1 T2 = Cte. a la temperatura de saturación. Entonces: MLDT =
t1 t
2
T t2 Ln 1 T t 2 1
Reemplazando con la ecuación (6): T t NTU = Ln 2 1 T1 t2
Como t 2 no desconoce, aplicaremos la siguiente ecuación: NTU =
U m * At w * Cp max
(8)
Donde: U m = Coeficiente global de transferencia = 1412.42 2
A t = Área de transferencia = 7. 16 m . 106
kcal h.m.º C
At = N p * A p N p = Número de placas = 18 placas 2
A p =Área de cada placa = w * a = 0.435 * 0.915 = 0.398 m . C min w f * C pf min 22698.7
kcal h.º C
Reemplazando en (8) tenemos: NTU = 0.44
6.
Calculo de eficiencia térmica: El cálculo de la Eficiencia en el caso de la condensación de vapor está dado por la siguiente ecuación según Holfman JRH., Transferencia de calor, 1980.
EXP NTU
(9)
Reemplazando el valor de NTU se tiene:
= 0.35 7.
Calculo de del flujo de calor real. El flujo de calor real está dado por la siguiente ecuación:
Q *Cmin *(T 1 -t 1 )=C f (t 2 -t 1 )
(10)
Para la etapa calentamiento del agua el flujo declaró real será: Q 0.35 *(22698.2)* (145-27) Q 937457.13
kcal h.
Como C min = C f
reemplazando en el segundo miembro de la
ecuación ( 10) , se tiene la temperatura de salida del fluido :
t 2 = 68.3 ºC El Cálculo del requerimiento de vapor para el calentamiento está dado por: 107
Q=Wvap.* o
(11)
Donde:
o = Calor latente de vaporización a la temperatura y presión de trabajo ( T= 145 ºC)
o = 508.57
kcal Ref. Tabla de vapor saturado Donad .Kern) Kg
Entonces: Q
W vap. = W vap. =
o 1065292.2 = 2094.68 508.57
W vap 1 = 2094.68 8.
kg de vapor. h.
Para el cálculo del calentamiento del jarabe desde 65 hasta 85ºC
Q *Cmin *(T 1 -t 1 )=C f (t 2 -t 1 ) Q 0.35 * 22698.7 * (145 65)
Q = 635563.6
kcal h.
Como C min = C f
reemplazando en el segundo miembro de la
ecuación (10), se tiene la temperatura de salida del fluido:
t 2 = 93 ºC El cálculo del requerimiento de vapor para el calentamiento de jarabe está dado por la ecuación (11): Entonces: W vap. =
Q
o
108
W vap. =
635563.6 = 1249.7 508.57
W vap 1 = 1249.7 Calculo del
kg de vapor. h.
requerimiento total de vapor para el proceso de
preparación de jarabe simple: W total = Wvap 1 + Wvap 2 W total = 2094.68 + 1249.7 W total = 3344.38
kg h.
Se requiere un flujo de vapor de 3344.38
kg ,para el calentamiento h.
del agua y el jarabe. 10) Calculo de la caída de presión P : P(Pr incipal ) =
4* f *l *G2 2 * g c * De *
(12)
Para el cálculo de la caída de presión se toma en cuenta algunas simplificaciones como aquellas que establecen que para líquidos el afecto del momento sobre la caída de presión es despreciable y que los cambios de elevación son pequeños. Para el cálculo del factor de fricción marriot presenta la siguiente ecuación de diseño para placas tipo cebaron construidas por la firma Alfa –Laval ,( Shah et al .) ,1980) Para un número de Reynolds > 885: f =0.581* N Re
( 0.10)
(13)
Además
L (w2 h2 )
(14) 109
Donde: f =Factor de fricción.
L =Longitud de paso del fluido a través de la placa. G =Flujo másico del fluido.=3949.9
kg m 2 .s.
De=Diámetro equivalente.= 8.31 x 10 3 m. W =Ancho de placa.=0.435 m. H = Altura de la placa.=0.915m.
= Densidad del fluido.=1058
kg m3.
N Re = 3647 Reemplazando en las ecuaciones (13) y (14) se tiene: f = 0.2558
L = 1.013 m. Entonces, reemplazando en la ecuación (12) se tiene: P(Pr incipal ) = 9.19 bares = 919.3 Kpa.
Recomendaciones
Se recomienda realizar estudios de la caída de presión en el intercambiador (calentador), puesto que aun estando dentro de los rangos permitidos en su diseño de tipo de arreglo en U la elevada caída de presión tendría incidencias en los costos de Operación.
La eficiencia del intercambiador (calentador) permite operar los fluidos del intercambiado para un mejor seguimiento y control.
La instalación de un controlador automático que controle la entrada de flujo de vapor al intercambiador (calentador) permitirá un proceso de calentamiento óptimo tanto de agua como de jarabe simple.
110
VII.
ASPECTO MEDIOAMBIENTAL
7.1.
Estudio de los residuos sólidos e impactos ambientales
La Planta EMBOL- S.A. Santa Cruz, es una generadora de residuos sólidos, que no pueden ser eliminados por procesos naturales, por lo que deben ser recogidos, transportados y sometidos a un tratamiento o en último extremo eliminados, en las condiciones apropiadas para que no se produzca una transferencia de la carga ambiental de un medio a otro. La generación de residuos sólidos se plantea como uno de los problemas ambientales más preocupantes de la última década con importantes repercusiones sobre la calidad de vida. EMBOL S.A. Santa Cruz, al generar residuos ocasiona pérdidas económicas para la empresa, alto costo de producción, pérdidas de materiales que dan un mal aspecto para la misma, además produce retrasos en los procesos de producción de la planta, ocasionando un problema para el impacto ambiental. La identificación de los puntos críticos, la clasificación y la cuantificación de los residuos sólidos sería unas de las alternativas para optimizar y minimizar los residuos generados. 7.2.
Residuos sólidos
Los residuos sólidos son materiales generados en los procesos de extracción, beneficio, transformación, producción, consumo, utilización, control, reparación o tratamiento, cuya calidad no permite usarlos nuevamente en el proceso que los generó, que pueden ser objeto de tratamiento o reciclaje. Los residuos sólidos comprenden todos los residuos que provienen de actividades animales y humanas, que normalmente son sólidos y que son desechados como inútiles o superfluos. 7.3.
Clasificación de los residuos sólidos:
La clasificación de los residuos sólidos se los puede hacer en base diferentes criterios: 111
a
a)
Clasificación de los residuos según su estado físico:
-
sólidos
-
líquidos
-
gaseosos
b)
Clasificación de los residuos según su procedencia:
-
domestico
-
industriales
-
sanitarios
-
agrícolas
-
ganaderos
c)
Clasificación de los residuos según el riesgo que comportan:
-
inertes
-
peligrosos
-
radioactivos
Dado que el estudio tratará solo la gestión de los residuos sólidos, entonces la clasificación será según su procedencia. 7.4.
Residuos industriales
Los residuos industriales son residuos que se producen prácticamente sin excepción en todas las industrias y que por sus características pueden ser tratados conjuntamente con lo residuos domiciliarios.
112
7.4.1. Clasificación de los residuos sólidos Material reciclable Papel Cartón ondulado Papel de alta calidad
Tipos de residuos sólidos
Empaquetamiento en bruto Papel de informática, hojas de cálculo blanco
Papel mezclado
Periódicos, revistas plásticos Polietileno Tereftalato
Botellas de refrescos Etiquetas
Polipropileno
para
botellas,
bolsas
plásticas
Poliestireno
Envases de comida rápida, platos y vasos desechables vidrio
Botellas de recipiente blanco
madera
Pallets, restos de madera, muebles.
metales
Restos de tapas corona
residuos de jardinería
Recortes de césped, hojas.
TABLA VII. Clasificación de residuos 7.5.
Tratamiento ambiental a los residuos en la industria
La reducción y minimización de sus residuos sólidos, líquidos y gaseosos es una prioridad para la empresa, ya que la protección del medio ambiente es tarea de todos los que habitan en esta tierra. La empresa cuenta con las normas ISO 14001: 2000 el cual establece la prevención y protección del medio ambiente para ello se realizan los siguientes tratamientos.
113
7.5.1. Residuos sólidos Los residuos sólidos generados durante el proceso de producción de la bebida gaseosa son: residuos de vidrio, residuos de plásticos (polietileno Tereftalato) y residuos metálicos. 7.5.2. Residuos de vidrio Estos residuos son generados durante el proceso de lavado y embotellado por rompimiento y explosión respectivamente. Son reciclados en contenedores de PVC de color Azul. Para luego ser recogidos por las empresas de aseo urbano para su respectivo tratamiento. 7.5.3. Residuos metálicos Estos residuos son generados durante el análisis a las botellas de vidrio en el laboratorio quedando como residuo las tapas corona, también son generados por la sección de mantenimiento. Estos residuos son reciclados en contenedores de PVC de color Negro, luego son recogidos por las empresas de aseo urbano para su respectivo tratamiento. 7.5.4. Residuos de plásticos Estos residuos son generados durante el análisis de carbonatación que se realiza a los productos acabados de botellas plásticas y durante el proceso de lavado de botellas plásticas (REPET) por exceso de suciedad y contaminantes. Estas botellas son recicladas en contenedores de PVC de color Blanco, para luego ser recogidos por las empresas recicladoras del sector. 7.5.5. Residuos de Cartón y Madera Estos residuos son provenientes de las cajas de preformas que llegan al empresa y en el caso de la madera estos son los que se utilizan para el paletizado cuando ya están muy viejos. Estos residuos son directamente transportados al área de residuos y colocados en los sectores correspondientes el cartón en el sector de papel, y la madera en el sector de pallets en desuso. 114
7.5.6. Residuos líquidos Los residuos líquidos generados durante el proceso de producción de la bebida gaseosa se encuentran en el reactor, lavadora de botellas, cajas y durante el proceso de producción. 7.5.7. Residuos líquidos generados por el reactor Estos residuos son lodos, que son producidos durante el tratamiento de aguas y luego son dirigidos hacia un canal de alcantarilla para su respectivo tratamiento en las lagunas de oxidación y así evitando la contaminación del medio ambiente y las aguas subterráneas. 7.5.8. Residuos líquidos generados por la lavadora Estos residuos son soluciones de hidróxido de sodio NaOH que son producidos durante el lavado de botellas de repet y vidrio. Estos residuos no son generados en gran cantidad, solo cuando se realiza el cambio de esta solución la cual se lo realiza cada semana y luego son dirigidos hacia un canal de alcantarilla para su respectivo tratamiento en las lagunas de oxidación. 7.5.9. Residuos líquidos generados durante el embotellado Estos residuos son las bebidas gaseosas después del análisis correspondiente, el rebalse de las llenadoras como también se encuentra en la elaboración de jarabe terminado y soluciones para el saneado de equipos, que son producidos durante el cambio de sabor y lavado de equipo. Y luego son dirigidos hacia un canal de alcantarilla para su respectivo tratamiento en las lagunas de oxidación. 7.5.10. Residuos gaseosos Los residuos gaseosos generados por esta empresa son producidos por el caldero durante la generación de vapor ya que la combustión de gas natural no es producido por completo
115
CH 3
O2
CH 3 O 2
CO 2
H 2O
CO H 2 O
CH 4
O2
CO 2
H 2O
CH 4
O2
CO
H2O
Emisiones acústicas: Las contaminación por emisiones acústicas son mayores en la sala de embotellado en donde las botellas generan un ruido muy fuerte es por ello que todos los trabajadores de esta área deben utilizar tapones de oído para así protegerse de los ruidos. 7.5.11. Sistema de gestión ambiental En la actualidad a nivel mundial las normas ISO 14000 son requeridas, debido a que garantizan la calidad de un producto mediante la implementación de controles exhaustivos, asegurándose de que todos los procesos que han intervenido en su fabricación operan dentro da las características previstas. Toda empresa debe tener en cuenta estas normas pues son el punto de partida en la estrategia de la calidad, así como para la posterior certificación de la empresa. La norma ISO 14000, no es una sola norma, sino que forma parte de una familia de normas que se refieren a la gestión ambiental aplicada a la empresa, cuyo objetivo consiste en la estandarización de formas de producir y prestar los servicios que protejan al medio ambiente aumentando la calidad del producto y como consecuencia la competitividad del mismo ante la demanda de productos cuyos componentes y procesos de la elaboración sean realizados en un contexto donde se respete al ambiente. Con la implementación de este sistema de gestión ambiental coca cola asegura la óptima provisión y gestión de recursos humanos, instalaciones de equipos, 116
orientando a mantener los más altos estándares de calidad e inocuidad en nuestros productos, priorizando el uso de procesos, prácticas y materiales que contribuyen a preservar el medio ambiente, la integridad física, además de asegurar que no afecten al medio ambiente, es decir minimizando los impactos ambientales, algunos de los aspectos ambientales significativos son: 1)
Consumo de agua.
2)
Consumo de energía eléctrica.
3)
Emisión de gases de combustión.
4)
Emisión de ruidos.
5)
Emisiones atmosféricas.
6)
Generación de efluentes líquidos.
7)
Generación de residuos peligrosos.
8)
Generación de residuos sólidos.
9)
Potencial de y/o desecho.
10)
Potencial de explosión.
11)
Potencial de fuga.
12)
Potencial de incendio.
En donde los residuos sólidos, a mayoría son reciclados, vendidos a diferentes empresas, reutilizados, etc. La empresa coca cola cuenta con un sistema de selección de basura, la cual es la siguiente:
Papel y cartón No contaminados con restos de comida u otros materiales).
Plástico Pet y Ref-Pet (botellas plásticas retornables y no retornables) En caso de tener contenido se deberá vaciar y luego enjuagar .deberá sacarse
las
tapas
y
etiquetas,
correspondiente).
Plástico 117
depositar
en
el
contenedor
Tapas plásticas, plástico termo contraíble, bolsas plásticas).
Vidrio En caso de tener contenido se deberá vaciar y luego enjuagar. Deberá secarse las tapas y depositar en el contenedor correspondiente).
Residuos en general Son (residuos de baños, oficinas restos de comida, tierra, diskettes, etiquetas de las botellas, bombillas vasos plásticos, etc.) Residuos peligrosos: (pilas, correas, empaquetaduras, lana de vidrio, tubos fluorescentes, tóner).
Residuos metálicos: (tapas coronadas, cables perfiles de aluminio, latas, residuos de bronce, los mismos no deben estar contaminados con grasas o aceites). Cuenta con la certificación de producto “sello IBNORCA de conformidad con norma técnica”, la certificación de producto “sello IBNORCA” es la representación por la cual la empresa demuestra que sus productos cumplen permanentemente con los requisitos de una norma técnica boliviana, lo que brinda seguridad y da la garantía de la calidad de los productos adquiridos por el cliente.El sello IBNORCA asegura que los
productos que lo ostentan son objeto de las evaluaciones y controles establecidos en el sistema de certificación aplicado. Beneficios:
Garantiza un producto que cumple requisitos muy estrictos
Permite a la empresa que su proceso productivo sea controlado por una entidad independiente.
Promueve un proceso continuo de auto evaluación que involucra el cumplimiento de los requisitos del sistema de gestión de la calidad y los requisitos establecidos en la norma.
Genera confianza por parte del cliente en la calidad del producto ofrecido. 118
Facilita las adquisiciones de productos por los organismos estatales brindando seguridad en sus compras.
Además que actualmente coca cola company va por la certificación de la norma ISO 18000 que es el sistema de gestión de salud y seguridad ocupacional y la norma ISO 22000 que es la inocuidad.
119
VIII.
CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES
En la realización de
esta práctica en embotelladoras bolivianas unidas S.A.
(E.M.B.O.L.), ha servido de mucho en la aplicación tanto teórica como practica de los conocimientos adquiridos a lo largo del estudio de a carrera de química y procesos Se pudo verificar que la materia prima sigue una serie de procesos desde su tratamiento hasta el embotellado que incluyen las operaciones unitarias como ser filtración, absorción, intercambio de calor,
transporte de fluidos, etc.
también todos los análisis físico-químicos y microbiológicos. Con las prácticas industriales realizadas se observó todos los procesos y los cuidados que se deben tener en la elaboración de la bebida gaseosa. Así también se pudo verificar y observar el esfuerzo, la dedicación y el compromiso de todo el personal de EMBOL para la elaboración del producto terminado. Entre otras la empresa EMBOL conserva algunos valores que cabe resaltar, como son el compañerismo, la honestidad y sobre todo el trabajo en equipo. Es así que por todo eso la empresa ocupa el primer lugar en el mercado. Los laboratorios, en los que se manejan parámetros de calidad de acuerdo a normas de “THE COCA COLA COMPANY CORPORATION “, con auditorias de calidad continuas dan cuenta la preocupación de la empresa por brindar un mejor servicio a la comunidad. La práctica industrial es una etapa muy importante en nuestra formación profesional de la que podemos decir que se ha logrado un
buen
aprovechamiento. La realización de la misma ha sido posible gracias
a la colaboración del
personal de aseguramiento de calidad a quienes brindo mis sinceros agradecimientos.
120
IX.
BIBLIOGRAFIA
REINER JUSTINIANO “TESIS DE GRADO”REDISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTOS DE AGUAS
DE EMBOL S.A. SANTA CRUZ ingeniería
química. MATTHEWS B.S. “TRATAMIENTOS DE AGUAS “editorial dossat S.A.Madrid (1958). JHON H. PERRY “MANUAL DEL ING. QUIMICO” editorial Hispano – americano (1996). FLUJO DE FLUIDOS E INTERCAMBIO DE CALOR. “O Levenspiel” SHEPPARD T. POWEL, “MANUAL DE AGUAS PARA USOS INDUSTRIALES”. ARTHUR I. VOGEL, “QUIMICA ANALITICA CUANTITATIVA”. MARCO A. VARGAS
“PRACTICA INDUSTRIAL” ingeniería química.
121
ANEXOS
122
A.1. Análisis de materias primas.
Las materias primas evaluadas y los análisis realizados son los siguientes: a)
Materiales en contacto directo con el producto.
123
A.2 Análisis microbiológicos.
El monitoreo microbiológico se realiza en todas las etapas relacionadas con la elaboración del producto, en puntos de muestreo definidos para cada proceso y con frecuencias que varían desde una semana hasta cuatro meses. Esta información se encuentra detallada en la tabla de la siguiente página:
m.o. Microorganismos. C Coliformes (Grupo). EC Escherichia coli.
ML CT
Mohos y Levaduras.
Cuentas Totales (Mesófilos, Tcrecimiento ópt. 15-35 °C). PRY m.o. resistentes a preservantes. PA Pseudomona aeruginosa. ATP Adenosin Trifosfato. NBB Medio de cultivo selectivo SA Staphylococcus aureus. S Salmonella (Género). s Semanal. Al proporcionador de Agua. m Mensual. 4m Cuatrimensual. pw Cada producción de Powerade (C3-80).
s(p) Vg q(e) s(t) dmi ds s(ds) V m(pc) pa
cl m(e) m(pa) m(ps)
124
Semanal. Al proporcionador de Agua. Cada Saneamiento antes de producir Vital con Gas. Quincenal (Enchaquetado). Semanal (Filtro Toffola). Después de Mantenimiento Int (Cambio de carbón/ membrana filtrante). Después de cada Saneamiento. Semanal, después del Saneamiento. Cada producción de Agua Vital (C3-80). Mensual (Producto Carbonatado). Previa aprobación del PDV. Cada recepción de Lote de Bolsas BIB. Mensual (Ensalada). Mensual (Productos Avícolas: Pollo y huevo). Mensual (Picaporte del área de Siembra).
A.3 Hoja de muestreo Puntos de Muestreo Pozos 5 TK cisterna 2 Filtros de arena 5 Purificador de Carbón 8 Filtros pulidores 5 Sistema de Osmosis 2 Ablandador 3 Agua de Enjuague de Envases 4 Jarabe Terminado 17 Jarabe Simple 2 Línea KHS 8 Línea Carballo 8 Línea Combi Sidel 8 Línea C3-80 9 Jarabes 20 Filtros Pulidores 5 Purificador de Carbón 8 Sistema de Osmosis 2 Sistema CIP 1 Superficies externas ATP- NBB 4 Higiene de Manos 14 Línea 1 KHS 6 Línea 2 Carballo 5 Línea 3 Combi Sidel 4 Línea 4 C3-80 14 Conds. Aire (Ambiente) 6 Ibnorca 3 Auditoría de PDV 4 Fuente de Agua (PDV) 1 Recepción de Azúcar 2 Recepción de Bolsas BIB 1 Cocina de Planta 5 Laboratorio de Microbiología 3
Productos, Envases, Tapas
Saneamiento Interno
Proceso
C s s s s s s s
EC s s s s s s s
CT s s s s s s s
s/pw s/pw s/pw
s(p) s(p) s(p) s(p) Vg
Vg
ds dmi dmi 3m
ds dmi dmi 3m
s
s
s s s s s ds dmi dmi 3m
m.o. buscados ML PRY PA ATP NBB SA m 4m 4m 4m
pw 4m/pw s s s 4m s 4m s 4m s m s 4m
Vg q(e)/s(t)
s(ds)
s s s s s s V V s/V s/V m(V) s s 4m m(V) m(V) m m(pc) m m m m(pc) pa pa pa s s 4m cl m m m(ps) m(ps) s/m s/m
125
S
s(ds)
4m 4m 4m m
m(e) m(pa)
126
