DISEÑO DE PLANTA DE HOJUELAS EXTRUIDAS

2014

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA PESQUERA Y DE ALIMENTOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS

Profesor: Ing. Braulio Bustamante Oyague Curso: Diseño de Planta Alumna: RODAS SALEZ, Camila Alessandra

2014

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA PESQUERA Y DE ALIMENTOS DISEÑO DE PLANTA DE D E CEREALES EXTRUÍDOS PARA EL DESAYUNO

ÍNDICE: Pág.

I.

OBJETIVOS

3

II.

INTRODUCCION

4

III.

NOCIÓN TEÓRICA

6

IV.

DESARROLLO DEL TRABAJO

15

4.1) Tamaño de Planta

15

4.2) Localización de la Planta

17

4.3) Diseño del proceso productivo

21

4.4) Factor Maquinaria

31

4.5) Factor Hombre

34

4.6) Área mínima

37

4.7) Instalaciones eléctricas

46

V.

CONCLUSIONES

52

VI.

BIBLIOGRAFIA

53

2


I.

OBJETIVOS

Los objetivos del presente trabajo son los siguientes: 

Objetivo general: 

Realizar el estudio y cálculos correspondientes para desarrollar el diseño de una planta de hojuelas de maíz extruidas para el desayuno.



Objetivos específicos: 

Realizar la investigación, cálculos y procedimientos pertinentes con respecto a los temas siguientes: Tamaño de Planta, Localización de la Planta, Diseño del proceso productivo, Factor Maquinaria, Factor Hombre, Área mínima, Instalaciones eléctricas; para el desarrollo del diseño de d e la planta elaboradora de hojuelas de maíz extruidas para el desayuno.

3


II.

INTRODUCCION

El presente trabajo tiene como finalidad dar a conocer los principales temas a tener en cuenta para realizar el diseño de una planta elaboradora de hojuelas de maíz extruidas para el desayuno. En la actualidad, la mayor parte de los cereales para el desayuno se obtienen por medio de un proceso tecnológico denominado extrusión. El proceso de extrusión consiste en dar forma a un producto forzándolo a pasar a través de una abertura con diseño específico (troquel o boquilla) y este proceso puede implicar, a su vez, un tratamiento de cocción. Teniendo en cuenta su forma de elaboración, en el mercado se pueden encontrar dos tipos de cereales: los productos directamente expandidos DEEC (Direct Expansion Extrusion Cooking) y los productos de expansión retardada PFEC (Pellet to Flaking Extrusion Cooking). Estas avanzadas tecnologías permiten de forma económica producir una amplia gama de productos, con sabores, texturas, aromas, formas y características nutricionales diversas. En el proceso de cocción por extrusión con expansión retardada, el proceso se utiliza para elaborar cereales para desayuno en copos aglomerados cocidos por extrusión. En este caso el extrusor solamente cuece las materias primas, produciendo aglomerados por laminación. La siguiente figura muestra un típico diagrama de flujo del proceso PFEC, que principalmente consiste de siete operaciones unitarias sucesivas: Mezclado de las materias primas e ingredientes básicos, cocción termo mecánica en el extrusor, formación de aglomerados, laminación de aglomerados,

secado/tostación,

recubrimiento

con

jarabe

y

secado/enfriamiento.

4


Típico diagrama de flujo del proceso de cocción por extrusión de aglomeración de formación de escamas o copos

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA PESQUERA Y DE ALIMENTOS DISEÑO DE PLANTA DE CEREALES EXTRUÍDOS PARA EL DESAYUNO

III.

NOCIÓN TEÓRICA

3.1 IMPORTANCIA DE LOS CEREALES DE DESAYUNO Un desayuno equilibrado contribuye a un reparto más armónico de la ingesta energética a lo largo del día y proporciona además una ración de seguridad de ingesta adecuada para muchos nutrientes. El principal componente nutritivo de los cereales de desayuno son los glúcidos o hidratos de carbono, que proceden de las harinas empleadas y de los azúcares simples y otros productos dulces añadidos, como la miel, el caramelo o el chocolate. La proteína que aportan, en general, es de calidad biológica intermedia, que si se combina con la de los productos lácteos, aumenta notablemente su valor biológico. La mayoría de estos productos son poco grasos, exceptuando a los que llevan adicionados frutos secos o desecados o chocolate. El contenido en fibra oscila entre 1 y 5 g /100 g de producto, siendo más abundante en aquellos que incluyen granos enteros, salvado o frutos secos (entre 9 y 29 g/100 g). Por tanto, es el contenido en glúcidos y lípidos los que los hace calóricos, puesto que aportan entre 350 y 480 kilocalorías por cada 100 gramos. El aporte original de vitaminas y minerales de los cereales es modesto, aunque habitualmente están fortificados con una gran variedad de vitaminas y minerales diversos (vitaminas B1, B2, B3, B6, folatos, B12, vitamina D, hierro y más recientemente, calcio). De ahí que una ración de 30 gramos de cereales cubre la cuarta parte de la cantidad diaria recomendada (CDR) de estas vitaminas. El aspecto negativo de estos productos es que para aumentar su sabor y su textura se les suele añadir sodio y azúcares.

6


3.2 La harina de maíz El maíz es el cultivo más importante de la agricultura mundial, no sólo por la relevancia que en materia de alimentación representa para la población, sino por sus múltiples usos como materia prima en la industria, ya sea como insumo directo o los subproductos de éste. Una buena parte del maíz producido mundialmente es procesado para extraer harina, jarabe, edulcorantes, almidones, aceites, etanol y alimento para animales, productos que a su vez pueden ser utilizados como materia prima para la elaboración de otros productos industriales y alimenticios. La industria encargada de la molienda de maíz ha cobrado relevancia en la actualidad, debido a los múltiples subproductos que pueden obtenerse, para usos cada vez más específicos, razón por la que se ha mejorado la calidad de los procesos y los productos. Existen dos distintos procesos en la molienda de maíz, que producen cada uno una gama única de subproductos: Proceso de Molienda Húmeda de Maíz Proceso de Molienda Seca de Maíz  

Y es de éste último proceso de donde Obtendremos Hojuelas, Sémola y Copos de Maíz

3.3 Especificaciones de materia prima Características: El maíz destinado a la elaboración de harina, es una variedad en el que predomina el almidón blando o menos compacto, que facilita la molienda del grano. Se cultiva mucho en los Andes sudamericanos, territorios que ocupaba el antiguo Imperio inca. La harina de maíz se extrae al moler la parte interna o núcleo del grano. Esta parte representa el 75% del peso del grano del cereal, y está formado fundamentalmente por almidón, y por un complejo proteico denominado zeína. El maíz no origina harinas panificables, ya que no contiene en su composición las proteínas que conforman el gluten al amasarse con agua.Como esta harina no tiene la suficiente capacidad para hacer crecer a la masa, es aconsejable mezclarla con otras. Para obtener un buen resultado la proporción adecuada sería 1:1, es decir, una taza de harina de maíz por cada taza de harina de trigo.

7


PRINCIPALES COMPONENTES DE LA HARINA DE MAÍZ

8


3.4 Cereal en hojuelas Historia de los cereales para el desayuno Los cereales para el desayuno procesados tienen sus orígenes en el movimiento vegetariano del último cuarto del siglo XIX, que influenció a los miembros de la Iglesia Adventista del Séptimo Día en los Estados Unidos. El primer cereal para el desayuno, “Granula”, fue inventado en 1863 por James Caleb Jackson, en Dansville,

Nueva York. El cereal no prosperó por ser impráctico en su forma de preparación, los mismos necesitaban permanecer en remojo durante la noche anterior para poder ser aptos para el consumo. En 1877, John Harvey Kellogg, inventó un bizcocho hecho de trigo, avena y harina de maíz para pacientes del Sanatorio Battle Creek que sufrían del intestino. Inicialmente, su producto también s e llamó “Granula”, pero se cambió a “Granola” tras un fallo judicial. Más tarde, su hermano, Will Keith Kellogg inventó los copos de maíz y fundó la empresa Kellogg’s Company en 1906 (Corn Flakes de Kellogg's es su

marca más conocida). Un antiguo paciente del Sanatorio Battle Creek, C. W. Post, inició una empresa rival (Post) y creó otra de las grandes marcas de hojuelas o copos de maíz en los Estados Unidos, los Post Toasties. Actualmente, existen muchas otras marcas producidas por diferentes fabricantes (más de 76 marcas en los Estados Unidos).

Hermanos John Harvey y Will Keith Kellogg Los copos se obtienen de harinas refinadas y contienen sal, azúcar y malta entre otros ingredientes. Suelen estar fortificados con vitaminas y minerales, con el fin de compensar el efecto del refinado al que se someten las harinas. 3.4.1. Las materias primas Cereales y sus harinas El maíz, el trigo, el arroz y la avena son los principales cereales utilizados como materia prima para elaborar las diferentes variedades de cereales para el desayuno. Con el maíz se obtienen los tradicionalmente conocidos copos o flakes; la avena 

9


suele laminarse; con el arroz se elabora arroz inflado, y el trigo suele consumirse como trigo triturado o inflado. Asimismo, con los cereales procesados pueden obtenerse las barras de cereal, ampliamente aceptadas los consumidores. Azúcar Los cereales para el desayuno suelen comercializarse azucarados para lograr la aceptación de los niños, sin embargo, en los últimos tiempos la industria procura bajar su contenido para transformarlos en opciones que no incrementen el aumento de peso corporal. 

Sal En la actualidad, la industria de los cereales para el desayuno se ha propuesto reducir la cantidad de sodio que aportan estos productos. Varias de las asociaciones que representan al sector, en los principales países productores y consumidores, reclaman su reducción. 



Extracto de malta

A la maltosa se le llama también “azúcar de malta”, ya que aparece en los granos de

cebada germinada. El extracto de malta corresponde a una mezcla de azúcares naturales que resultan de la hidrólisis enzimática de la cebada malteada, y debido a su especial sabor, color y agradable aroma, se utiliza ampliamente en la industria alimentaria. Jarabe de maíz Industrialmente se obtiene a partir de la hidrólisis ácida del almidón de maíz, y se conoce como jarabe de maíz de alta fructosa o JMAF . Las ventajas para los industrializadores de alimentos radican en que el producto es líquido a temperatura ambiente, lo cual facilita las operaciones de mezclado e incorporación a las formulaciones. Además, tiene un poder endulzante superior al de la sacarosa y la glucosa. 

Vitaminas y minerales Los cereales para el desayuno figuran entre los alimentos más utilizados para enriquecerlos o fortificarlos con vitaminas y minerales. Se trata de componentes que deben añadirse en el momento indicado del proceso de producción para poder asegurar su presencia en el producto final. 

3.4.2. Propiedades de los Copos de Maíz •Es fácil de digerir, siendo idóneo para consumir a cualquier hora del día y,

sobretodo, para la alimentación de niños y deportistas. •Contiene propiedades diuréticas. •Ayuda a combatir el estreñimiento y reduce considerablemente el colesterol. 10


•Este cereal es muy bueno para la digestión. •Es una barrera natural contra el cáncer. •Contiene altos niveles de carbohidratos de fácil digestión. •Es rico en magnesio, fibra, antioxidantes y vitaminas B1, B3 y B9

3.5 La extrusión La extrusión es una operación unitaria altamente versátil que se puede aplicar a una variedad de procesos alimentarios. Los extrusores se puede utilizar para cocer, enfriar, moldear, mezclar, texturizar y formatear productos alimentarios bajo condiciones que favorecen la retención de la calidad, una alta productividad y bajo coste. Este estudio de factibilidad se lo ha hecho en base a las condiciones de proceso del extrusor de la Planta de Alimentos de la USFQ, por lo que explicaré a continuación sus condiciones específicas. Existen muchas ventajas que proporciona la extrusión entre las cuales están: • Gran adaptabilidad ya que se puede producir gran cantidad de productos al cambiar los ingredientes o las condiciones del proceso. • Se pueden generar una cantidad x de productos con diferentes texturas, colores y apariencias. • Su eficiencia energética es fabulosa ya que esta máquina trabaja muy bien a bajas humedades que fluctúan entre 17 y 18% en este caso. Esta característica hace que el producto salga con bajas humedades (7-7,5%) y su secado posterior sea mucho más corto. • El procesado de extrusión también requiere de menos espacio por unidad de operación que los sistemas tradicionales de cocción. Una línea de productos procesados por medio de un extrusor proporciona un procesamiento continuo que puede estar automatizado completamente. • Los productos son de mejor calidad nutricional ya que este proceso usa el principio de altas temperaturas / tiempos cortos (HT/ST) por lo que las pérdidas nutricionales son menores a las de un proceso de cocción común. Además, las proteínas se desnaturalizan y los almidones gelatinizan, por lo que mejora su digestibilidad. Debido a que el proceso se maneja a altas temperaturas (135ºC), se destruyen los componentes antinutritivos como inhibidores de tripsina y enzimas no deseables como lipasas, lipoxidasas y microorganismos. • El cambio de escala del proceso es factible ya que los datos obtenidos a nivel de laboratorio pueden servir para un sistema de extrusión industrial. • Los extrusores están siendo utilizados como reactores continuos en varios países para la desactivación de aflatoxina en harinas de cacahuate y en la destrucción de compuestos alergénicos y tóxicos en harina de semilla de ricino y otros cultivos de semillas oleaginosas. A pesar de todas las ventajas anteriormente expresadas, existen desventajas como el costo elevado de esta maquinaria que no entran en el presupuesto de la mayoría de

11


industrias artesanales ya que esta clase de equipos están destinados a una alta producción por lo que no es una tecnología de fácil acceso. El término extrusor se lo usa en la actualidad para referirse a una máquina con un tornillo sin fin girando que se ajusta suficientemente apretado en un cilindro para transportar el fluido que procesa al producto continuamente. Generalmente los extrusores constan de un preacondicionamiento que es muy útil para homogenizar la mezcla y preparar la masa para que pase a la cámara de extrusión, además reduce el tiempo de extrusión si se hace una cocción previa y así incrementar la productividad, el preacondicionamiento, también ayuda a disminuir el desgaste del extrusor. Al elaborar el producto no se usó este preacondicionador debido a que no se encontraba disponible, sin embargo se hizo simuló dicho preacondicionamiento en un cuter para incorporar el agua requerida para subir la humedad de la harina a un 17% aprox. para no sufrir percance alguno durante la extrusión, proceso que se lo realizó a temperatura ambiente. Cabe recalcar que para el proceso industrial planteado sí se encuentra incluido el preacondicionamiento que viene incorporado al extrusor cotizado. Una vez que se hizo el preacondicionamiento, la masa para a la cámara de extrusión. A esta cámara se la puede dividir en tres secciones. 1. Zona de alimentación: Lugar en el que la cocción empieza. 2. Zona de amasado: La cocción continúa y a medida en que la masa circula, la presión incrementa gracias a que los canales de flujo del extrusor consiguen un grado de llenado más alto. En esta sección el extruído empieza a perder su definición granular y como consecuencia su densidad incrementa. En el amasado, las partículas se aglomeran por el incremento de temperatura. 3. En la zona final de cocción del cilindro del extrusor es el lugar en el que la masa se texturiza y pierde su forma. La temperatura y presión aumentan más rápidamente que en otras zonas debido a que se da la compresión máxima de la masa. La temperatura, presión y viscosidad fuerza al producto a crear la textura, color, etc del producto final.

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3.6 Mercado Nacional Tradicionalmente, el mercado de cereales peruano se encontraba en dominio de dos marcas extranjeras ( Kellogg`s y Nestlé) y era casi el privilegio de los sectores altos de la población. Los Corn Flakes constituían entonces el desayuno diario de un reducido grupo de hogares que se mantenía alrededor del 27% del total. Todo esto cambió a fines del 2005.

La marca peruana Ángel, que se mantenía una participación de mercado similar a la de sus pares trasnacionales, comenzó a destacar en el segundo semestre de 2005. De acuerdo al estudio Multimix de Consumo de CPI – Compañía Peruana de Estudios de Mercado y Opinión Pública, en aquel mes Ángel pasó del segundo puesto (que compartía con Kellogg`s) al primero, y para el siguiente periodo de análisis (noviembre de 2005) no sólo había dejado muy atrás a sus competidoras sino que también había generado un ostensible crecimiento del mercado.

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Para el año 2006 se produjo un incremento en el tamaño del propio mercado.

El cereal peruano Ángel ha conseguido posicionarse satisfactoriamente en todos los niveles Socioeconómicos (NSE) pero con mayor fuerza en los NSE C y D/E, que son también los más numerosos. En estos NSE la diferencia entre la participación de Ángel y su más cercano competidor es de 53 puntos en el NSE C y de 62 puntos en el NSE D/E. La batalla en los sectores más modestos de la población peruana fue ganada por Ángel, pero las trasnacionales tampoco han mantenido su supremacía en los niveles altos. Incluso en el segmento alto, Ángel ha logrado vencer a las trasnacionales; el margen es menor, pero significativo (6 puntos porcentuales). Por rangos de edad, también se aprecia una clara supremacía de la marca nacional. Y es entre las amas de casa de 16 a 25 años en donde la marca se siente más cómoda (74% de participación), lo cual le podría asegurar un buen futuro. Al analizar el lugar de compra del cereal, como era de esperarse, se aprecia que las marcas trasnacionales se distribuyen mayoritariamente en autoservicios. Los consumidores del producto ciertamente lo adquieren ahí, pero no es el único lugar en donde lo adquieren. El 84.9% de los que adquirieron Nestlé afirman haberlo hecho en un autoservicio y el 94.2% de los consumidores de Kellogg`s lo hicieron en el mismo lugar, pero con Ángel las cifras cambian. Los consumidores de Ángel en autoservicios son sólo el 41.1%, ya que su venta a través de otros canales es significativa. Así, las bodegas participan con una proporción similar a la de los autoservicios (39.9%) y el puesto de mercado contribuye a la distribución del producto con un 13.8% de participación. Ambos, canales en los que las otras dos marcas no tienen fuerza. En general, la bodega y el mercado explican un 36.8% de las ventas de los cereales y es aquí donde Ángel se enseñorea ampliamente por sobre sus rivales. Ellos simplemente le han dejado estos campos libres.

14


IV.

DESARROLLO DEL TRABAJO

4.1) Tamaño de Planta INEI 30 000 000

100%

Perú

10 000 000

33%

Lima Metropolitana

3 300 000

33%

6 – 18 años

1 650 000

50%

NSE A,B

825 000

50%

Aceptación

4.1.1. Estudio de Mercado Encuesta: 1. ¿Consume trigo? SÍ NO

29.8% 70.2%

2. ¿Cuántas presentaciones de 50g estaría dispuesto a adquirir semanalmente? 1 2 3 a más

23% 36% 41%

= = =

0.23 0.72 1.23 2.18

3. Número de integrantes de 8 a 12 años por familia. 1 2 3 4 ó más

20% 39% 28% 13%

= = = =

0.20 0.78 0.84 0.52 2.34

15


4.1.2. Cálculo del índice de consumo (ml/po/mes) Presentación (g)

Consumo promedio semanal

Número de semanas

Número promedio de po por familia

Índice de consumo (g/po/mes)

105

2.18

4

2.34

391.28

4.1.3. Cálculo de la demanda estimada Aceptación de producto

Índice de consumo mensual

Tamaño del público objetivo

Demanda estimada (kg/mes)

0.50

0.391

1 650 000

322 575

Demanda estimada (kg/mes):

0.5  0.391 1 650 000  322 575 Demanda Máxima Estimada : 12 903 k /día Esta demanda nos servirá para determinar la demanda que podremos comenzar a cubrir con nuestro proyecto lo cual corresponde a un 10% de la demanda total. 1º El financiamiento acordado con el banco, se redujo a la mitad de la cantidad estimada inicialmente para cubrir la demanda máxima estimada. 6 000 kg/día

2º Acerca de los recursos, se estima que la cantidad necesaria de materia prima no se encontraría en el mercado, por tal motivo se reduce la producción al 10%. 600 kg/día

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4.2) Localización de la Planta Para el análisis de la ubicación se determinaron los principales factores a evaluar: 1. Proximidad de la materia prima 2. Cercanía del mercado 3. Disponibilidad de mano de obra 4. Abastecimiento de energía 5. Abastecimiento de agua 6. Servicios de transporte público 7. Terrenos 8. Clima 9. Eliminación de desechos 10. ISO 14 000

4.2.1. MATRIZ DE ENFRENTAMIENTO DE FACTORES Sean los factores: F1: Proximidad de la materia prima F2: Cercanía del mercado F3: Disponibilidad de mano de obra F4: Abastecimiento de energía F5: Abastecimiento de agua F6: Servicios de transporte público F7. Terrenos F8: Clima F9: Eliminación de desechos F10: ISO 14 000

Ponderación 1 0

Igual o mayor importancia menor importancia

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FACTOR F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10

F1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

1

1 1

1 0 1

1 0 1 1

1 0 1 1 1

1 0 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 0

0 1 1 1 1 1 1 0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 1 1 0 0 0 0 0 TOTAL

1 1 1

0 1

1

F10 CONTEO POND. (%) 0 7 17.5 1 4 10 1 7 17.5 1 4 10 1 5 12.5 1 4 10 0 2 5 0 2 5 1 2 5 3 7.5 40 100

4.2.2. RANKING DE FACTORES CALLAO Factores F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 Total

Ponde. % 17.5 10 17.5 10 12.5 10 5 5 5 7.5 100

ATE

SMP

Calif.

Puntaje

Calif.

Puntaje

Calif.

Puntaje

4 4 4 3 4 4 3 4 2 3

70 40 70 30 50 40 15 20 10 22.5 367.5

4 4 3 4 3 3 5 5 5 3

70 40 52.5 40 37.5 30 25 25 25 22.5 367.5

4 3 4 4 4 4 3 3 4 3

70 30 70 40 50 40 15 15 20 22.5 372.5

De acuerdo al método de Ranking de ubicación evaluado, se determina que la ubicación más apropiada para la planta de elaboración de CEREALES EXTRUIDOS PARA EL DESAYUNO, puede ser localizada óptimamente en el distrito de San Martin de Porres.

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4.2.3. MÉTODO DE ANÁLISIS DIMENSIONAL

∏=   

C=1

 INDIFERENTE

C>1

 B

es mejor que A

C<1

 A

es mejor que B

CALLAO ATE SAN MARTÍN DE PORRES FACTOR F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10



CARACT. PONDER. 1.75 Puntaje 1 Puntaje 1.75 Costo 1 Costo 1.25 Costo 1 Puntaje 0.5 Costo 0.5 Puntaje 0.5 Puntaje 0.75 Puntaje

A 4 6 900 5 2 6 690 6 8 7

A B C B 4 5 950 4 2.5 5 600 8 7 6

C 5 6 850 4 2.2 7 650 7 7 6

Comparación de la alternativa A con la alternativa B



     =

. 6  900 . 5  2 . 6  690 . 6 . 8 . 7 . 4 (4) (5) (950) (4) (2.5) (5) (600) (8) (7) (6)

1.38 Selecciono la alternativa B.

19




Comparación de la alternativa B con la alternativa C



    

= .

 600 . 8 . 7 . 6 . . 5  950 . 4  2.5 4 5 (5) (6) (850) (4) (2.2) (7) (650) (7) (7) (6)

0.58 Selecciono la alternativa B.



Comparación de la alternativa A con la alternativa C



    

= 2 .

 690 . 6 . 8 . 7 . . 6  900 . 5  4 6 (5) (6) (850) (4) (2.2) (7) (650) (7) (7) (6)

0.81 Selecciono la alternativa A.

CONCLUSIÓN: según los datos obtenidos y analizando los valores por medio del método de Análisis Dimensional para determinar la localización de la planta de elaboración de CEREALES EXTRUIDOS PARA EL DESAYUNO; se concluye que la ubicación mas recomendada es la alternativa B.

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4.3) Diseño del proceso productivo RECEPCIÓN

MEZCLADO

EXTRUSIÓN

LAMINADO

1º SECADO

TOSTADO

ENRIQUECIDO / SABORIZADO

RECUBRIMIENTO

2º SECADO

ENFRIADO

ENVASADO

ALMACENAMIENTO

21


4.3.1. DIAGRAMA DE FLUJO CUALITATIVO

Tº: 176 ºC

Tº: 220 - 270 ºC TIEMPO: 10 min

Tº: 160 – 200º C TIEMPO: 20 min

22


Tº: 90 - 95º C TIEMPO: 10 min

Tº: 20 ºC

23


4.3.2. DIAGRAMA DE FLUJO CUANTITATIVO

Materia prima principal: 713.84Kg = 100% Producto = 713.84

713.84 = 100%

Pérdida = 15.94% Producto = 600 kg




Ganancia = 0.065% Producto = 508.33 kg

Ganancia = 26.23% Producto = 641.66 kg

24


Pérdida = 5.92% Producto = 603.66 kg

Pérdida = 5.92% Producto = 603.66 kg

Rendimiento:

-596 kg de harina de maíz/1200 bolsas Producción de 1 día (3 turnos)

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4.3.3. Balance de masa Materia prima A. B. C. D. E. I.

Harina de maíz  Sal  Colorante  Sacarosa  Agua  Bicarbonato de sodio 

83,43%; %H=7.8%; ss.=92.2% 0.74% 0.14% 3.71% 11.96% 0.02% 100%

Datos del producto final: H=3%

Desarrollo: A. B. C. D. E. I.

Harina de maíz  Sal  Colorante  Sacarosa  Agua  Bicarbonato de sodio  TOTAL

595.55 Kg 5.28 Kg 0.99 Kg 26.48 Kg 85.38 Kg 0.14 Kg 713.82 Kg

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Gráfico de la trasferencia de masa en la extrusión:

SACAROSA

AGUA

HARINA DE MAIZ

PROCESO

HOJUELAS

DE EXTRUSIÓN

AGUA

DE MAIZ

SAL

BICARBON

COLORANTE

Balance general de masa:

            +          592.5 + 26.48 + 85.38 + 5.28 + 0.14 + 0.99 =    600   113.82 (Aprox) Í

Cabe recalcar que a estos datos no se les ha sumado los requerimientos de agua, saborizante y de azúcar requeridos para el jarabe que se adiciona al cereal después de la extrusión.

27


Se determinó que por cada 40 ml de jarabe se recubren 0.180 Kg de producto, por lo tanto, para los 600 Kg/día se requiere: 0.180 Kg de producto 600 Kg

0.04 litros de jarabe X

X = 133.33 L jarabe / día Se determinó también que se adicionará 2,2 lt de agua y 2 Kg de azúcar para la obtención de 2 lt de jarabe después de 7 min de hervir la mezcla, en este tiempo se alcanzan los 65º Brix, por lo tanto los requerimientos mensuales de agua y azúcar para la elaboración del jarabe son: 2 lt jarabe ---------------------------------2Kg azúcar 133.33 Kg jarabe / día------------------------- X X= 133.33 Kg azúcar /mes 2 lt jarabe ---------------------------------2,2 L. agua 133.33 Kg jarabe/mes ------------------------- X X= 146.663 L. agua /mes El peso inicial de la mezcla será de 133.33 Kg + 146.663 Kg = 279.993 Kg, de los cuales 133.33 Kg de agua se evaporarán y los 146.663 Kg/día se alcanzarán los 65º Brix

Por cada 0,444 L de jarabe se agregó 1 ml de saborizante de vainilla FV6918-00, por lo tanto el requerimiento de saborizante mensual es: 0,444 L jarabe ---------------------------------0,001 L agua 146.663 Kg jarabe/día------------------------- X X= 0.33 L. saborizante /día

28


4.3.4 DIAGRAMA DE TRAYECTORIA

TIEMPOS (MIN)

ACTIVIDAD

15

RECEPCIÓN

20

MEZCLADO

205

EXTRUSIÓN

60

LAMINADO

10

1º SECADO

25

TOSTADO

5 20

ENRIQUECIDO Y SABORIZADO RECUBRIMIENTO

10

2º SECADO

20

ENFRIADO

45

ENVASADO

15

ALMACENADO

29


4.3.5. PLAN DE PRODUCCIÓN DIARIO

8

9

10

11

12

13

14

15

RECEPCIÓN MEZCLADO EXTRUSIÓN LAMINACIÓN 1º SECADO TOSTADO ENRIQUECIDO Y SABORIZADO RECUBRIMIENTO 2º SECADO ENFRIADO ENVASADO ALMACENAMIENTO

30


4.4) Factor Maquinaria Calculando el número de equipos que serán necesarios en la línea de elaboración de hojuelas de cereal extruido para el desayuno FÓRMULA: Nº Maquinas

:

(

H-M ) x ( Unidades ) Unidades año ( Nº Total Horas ) año

Datos: Demanda: 1200 unidades/ día Demanda anual: 360 000 Número de unidades demandadas por día = 1200 unidades/ día Número de días disponibles = 300 días Número de horas disponibles: 300 días x 7.5 hr x 3 turno = 6750 horas / año Cantidad de materia prima diaria = 600 kg de harina de maíz/ día

CÁLCULO DEL NÚMERO DE EQUIPOS 1. TRANSPALETA MANUAL O SEMI-ELÉCTRICA Capacidad: 1000 kg

  − á.         í  . ≈ . í  2. BALANZA DE PLATAFORMA INOXIDABLE Capacidad de 1200 Kg.

  − á.         í    . í  31


3. Canasta dosificadora de 2000 Kg de capacidad.

  − á.         í  . ≈  í  4. La mezcladora tendrá la misma capacidad de la canasta, 2000kg.

  − á.         í  . ≈  í  5. Se requiere un extrusor con una capacidad de producción de 70-100 Kg/h. Para iniciar, la capacidad de producción de la planta será de 100 kg/h. Este extrusor deberá tener una cámara de pre - acondicionamiento y la cámara donde se lleva a cabo la extrusión misma.

  − á.         í  . ≈    í  6. Se requiere de una tolva cónica de recepción de los pellets (D=0,3; h= 0,5) que serán succionados por medio de la fuerza que generará un compresor de ½ HP. Capacidad 2000 kg.

  − á.         í  . ≈  í  7. Se requiere un lecho fluidizado I con las siguientes dimensiones: L= 1,51m; h total=1,2 m; h del lecho = 0,5m; ancho = 0,5 m. En este lecho fluidizado circulará aire a temperatura ambiente por un lapso de 10 minutos, aire que estará impulsado por un compresor de ½ HP. Capacidad de 1100 kg.

  − á.         í  . ≈  í 

32


8. La dosificación del jarabe se lo hará en la sección que se la ha denominado spray. Esta fase estará inmediatamente después del lecho I, por lo tanto tendrá su mismo ancho y alto. Capacidad de 500 kg.

  − á.         í     í  9. Una cinta vibratoria (motor ½ HP) para que cada pellet gire a medida en que se agrega el jarabe. Capacidad de 2000 kg.

  − á.         í  . ≈  í  10.Se requiere de un lecho fluidizado II. Esta fase estará inmediatamente después del spray, por lo tanto tendrá su mismo ancho y alto (0,5 m x 0,5 m).

  − á.         í  . ≈  í  11.Una mesa de trabajo con las siguientes dimensiones: largo= 1,5m; ancho= 1m; altura = 0,85m. Capacidad de 250 kg.

  − á.         í  . ≈  í  12.Una empaquetadora, que pueda envasar el cereal en bolsas para 500 gramos, capacidad de 400 kg.

  − á.         í     í 

33


4.5) Factor Hombre Teniendo en cuenta que el proceso de envasado es netamente automático, solo sería necesario calcular la totalidad del personal.

− )  ó (       CÁLCULO DEL NÚMERO DE PERSONAL

1. Transpaleta manual o semi-eléctrica

1  −   12000    2400   í  2 0.25 í

2. Balanza de plataforma inoxidable

1  −   12000    2000   í 2.4 ≈3 0.25 í 3. Canasta dosificadora

1  −   12000  í  2   4500 8  60 í 4. Mezcladora

5. Extrusor

1  −   12000  í  1   6000 12  60 í 1  −   12000  í 0.87≈1   400 205   60  í

34


6. Tolva cónica de recepción

1  −   12000  í  2   4500 8  60 í

7. Lecho fluidizado I

1  −   12000  í 0.93≈1   2200 35  60 í

8. Spray

9. Cinta vibradora

1  −   12000  í  2   2000 18  60 í 1  −   12000  í 1.97≈2   5200 7  60 í

10.Lecho fluidizado II

1  −   12000  í 0.9≈1   8000 10  60 í

11.Mesa

1  −   12000  í 0.96≈1   1500 50  60 í

35


En conclusión, se utilizarán: MÁQUINA O EQUIPO Transpaleta manual o semi-eléctrica Balanza de plataforma inoxidable Canasta dosificadora Mezcladora Extrusor Tolva cónica de recepción Lecho fluidizado I Spray Cinta vibradora Lecho fluidizado II Mesa empaquetadora TOTAL

CANTIDAD 3 2 3 2 2 3 1 4 3 2 3 2 30

MÁQUINA O EQUIPO Transpaleta manual o semi-eléctrica Balanza de plataforma inoxidable Canasta dosificadora Mezcladora Extrusor Tolva cónica de recepción Lecho fluidizado I Spray Cinta vibradora Lecho fluidizado II Mesa

CANT. HOMBRES 2 3 2 1 1 2 1 2 2 1 1

TOTAL

18

36


4.6) Área mínima 4.6.1. MAQUINARIAS

1. Traspaleta manual Ancho de uña: 0.685 m Largo de uñas: 1.150 m Altura: 1m   

2. BALANZA DE PLATAFORMA INOXIDABLE   

Largo: 0.8 m Ancho: 0.6 m Altura 0.16m

3. Canasta dosificadora   

Altura 2 m Largo: .4 m Ancho: 1 m

37


4. mezcladora   

Diámetro 1.65 m Altura 1.2 m Largo 2.8 m

5. Extrusor 70 - 100 Kg/h   

Alto: 2 m Ancho: 2m Largo: 4 m

6. tolva cónica de recepción   

Largo: 1.72 m Ancho: 0.72 m Altura: 1.95 m

38


7. lecho fluidizado I   

Alto: 1m Largo: 3.2 m Ancho: 2.8 m

8. spray   

Largo: 0.5 m Ancho: 2.8m Alto: 3.2m

9. Una cinta vibradora   

Alto: 1m Ancho: 2.8m Largo: 3m

39


10. lecho fluidizado II   

Alto: 1.5 m Largo: 3.5 m Ancho: 3 m

11. mesa de trabajo   

Largo: 3,5m Ancho: 2m Altura: 1m

12. empaquetadora   

Lado: 1.5 Ancho: 1.2 Altura: 2.1m

40


4.6.2. CÁLCULO DE LAS ÁREAS MÍNIMAS 1. Balanzas 2. Transpaleta manual 3. Canasta dosificadora 4. Mezcladora 5. Extrusor 6. Tolva cónica de recepción 7. Lecho fluidizado I 8. spray 9. Una cinta vibratoria 10. Lecho fluidizado II 11. Mesa de trabajo Nº 2 3

MÁQUINA O EQUIPO Transpaleta manual Canasta dosificadora

M/E

n

M

3

E

N

L

a

h

Ss

Sg

Se

St

4

1.15

0.68

1

0.782

3.128

2.04493

5.95493

3

3

1

1.4

2

1.4

4.2

2.9288

8.5288

1.6

1.2

4.48

13.44

9.37216

27.29216

4

Mezcladora

E

2

3

5

Extrusor

E

2

3

4

2

2

8

24

16.736

48.736

E

3

1

1.72

0.72

1.95

1.24

1.24

1.29704

3.77704

E

1

3

3.2

2.8

1

8.96

26.88

18.74432

54.58432

E

4

2

0.5

2.8

3.2

1.4

2.8

2.1966

6.3966

cinta vibratoria lecho fluidizado 10 II 11 mesa de trabajo

E

3

4

3

2.8

1

8.4

33.6

21.966

63.966

E

2

3

3.5

3

1.5

10.5

31.5

21.966

63.966

E

3

4

3.5

2

1

7

28

18.305

53.305

12 Empaquetadora

E

2

2

1.5

1.2

2.1

1.8

3.6

2.8242

8.2242

M

18

1.65

0.5

6 7 8

tolva cónica de recepción lecho fluidizado I spray

9

T

Trabajadores

2.8

SUMA

344.73105

M: Móvil E: Estático

Nota. Las maquinas (balanzas) no son considerados en la sala de proceso debido a que se encuentran en una área aparte cerca de la sala de proceso.

41


De los cuales los elementos móviles serían:  

Personal Transpaleta manual

Los elementos estáticos solo son:          

Canasta dosificadora Mezcladora Extrusor tolva cónica de recepción lecho fluidizado I spray Una cinta vibratoria lecho fluidizado II mesa de trabajo Empaquetadora

4.6.3. CALCULO DE K hM PERSONAS TRANSPALETA

n

Ss

h

Ss x n x H

Ss x n

18

0.5

1.65

14.85

9

3

0.782

1

2.346

2.346

17.196

11.346

SUMA TOTAL

hM = ΣSs x n x H / Σ Ss x n = 1.51

hE

n

Ss

H

Ss x n x H

Ss x n

Canasta dosificadora Mezcladora

3

1.4

2

8.4

4.2

2

4.48

1.2

10.752

8.96

Extrusor

2

8

2

32

16

tolva cónica de recepción lecho fluidizado I

3

1.24

1.95

7.254

3.72

1

8.96

1

8.96

8.96

spray

4

1.4

3.2

17.92

5.6

cinta vibratoria

3

8.4

1

25.2

25.2

lecho fluidizado II

2

10.5

1.5

31.5

21

mesa de trabajo

3

7

1

21

21

Empaquetadora

2

1.8

2.1

7.56

3.6

170.546

118.24

SUMA TOTAL

hE = ΣSs x n x H / Σ Ss x n = 1.442

42




∑ ∗∗ℎ ∑ ∗

K = 0.523

LEYENDA: St: Superficie total

→

Ss.: Superficie estática ancho

→

Sg: Superficie gravitacional H: altura Se: Superficie evolución

→

       ;   ×    × 

→

L: largo,

A:

; N: lados útiles,

     × 

4.6.4. ANALISIS DE PROXIMIDADES TABLA DE VALOR DE PROXIMIDAD CODIGO A E I O U X XX

VALOR DE PROXIMIDADES Absolutamente necesario Especialmente importante Importante Normal Sin importancia No deseable Altamente no deseable

COLOR

Nº DE LÍNEA

Rojo

4 L NEAS

Amarillo

3 L NEAS

Verde Azul ___ Plomo negro

2 LÍNEAS 1 L NEA ______ 1 ZIG – ZAG 2 ZIG - ZAG

LISTA DE RAZONES O MOTIVOS Número 1 2 3 4 5 6 8 9

RAZ N Por cantidad de flujo Por el seguimiento del proceso Por higiene y/o contaminación Utilización del mismo personal Inventario Vibración y/o ruido Control de calidad Por el polvo, olores y materiales ajenas al proceso

43


ANÁLISIS DE PROXIMIDAD

1

Almacén MP

2

Sala de proceso

3

Almacén PT

4

Lab. De Calidad

5

Of. Administrativas

6

SSHH

7

Almacén de insumos

8

Área de recepción de MP

VALORES DE PROXIMIDAD OBTENIDOS – RESUMEN

VALORES DE PROXIMIDAD A

(1,2); (1,7); (2,3); (2,7)

E

(1,8); (3,4); (7,8)

I

(1,4); (2,4); (2,8); (3,5); (4,7); (4,8)

O

(1,3); (3,7); (3,8); (4,5); (5,8)

U

(1,5); (4,6); (5,6); (5,7)

X

(1,6); (2,5); (2,6); (3,6); (6,7); (6,8)

44


4.6.5. DIAGRAMA DE BOLA

3 2

4

1 5 7 6 8

La planta puede ser distribuida de la siguiente manera:

3

5

6

4 2 7 1

8

En donde el área 2 (sala de proceso), tendrá un área aproximada entre 345 a 350 m 2 .

45


4.7) Instalaciones eléctricas A continuación se presenta un balance de las instalaciones eléctricas requeridas para la planta de elaboración de cereal en hojuelas: Espacio para la sala de proceso es de 22 x 16 metros. De acuerdo a estos requerimientos la distribución práctica de las instalaciones eléctricas, propuesta es la siguiente: 4.7.1. CALCULO DEL NUMERO DE ARTEFACTOS EN LA SALA DE PROCESO DIAGRAMA DE ÁREA TOTAL DEL PROCESO

CALCULANDO EL “H”

DATOS: Área Total = 352 m2 L = 22 m A = 16 m H = 3.5 m

46


   ×  .   .× 4.7.2. NUMERO DE LÁMPARAS

º á   ó × Á   á ×    ×    Artefacto:

Lámpara fluorescente 3 x 40 W

Iluminación:

Directa

Factor de mantenimiento: 0.55 Rendimiento techo:

50%

Rendimiento pared:

50%

Coeficiente de utilización: 0.64 Lumen/lámpara:

2500

   ×   º      á ×. ×.

47


4.7.3. NUMERO DE ARTEFACTOS

º  º  á  º    . ≈ En éste caso, usaremos 70 como número de artefactos, por la razón de buscar la mejor simetría. Entonces: 70*3= 210 lámparas

4.7.4. CALCULO DEL AMPERAJE MINIMO DE ILUMINACION Estamos usando lámparas de 40 watt.

   40  25% × 40   50      ×    ∗ Donde: W = Potencia E = Voltaje I = Amperaje

   50∗210 220  47.7 

48


4.7.5. CALCULO DE LA CARGA ELECTRICA EN LA SALA DE PROCESO 4.7.5.1. CÁLCULO DE LA INTENSIDAD DE CARGA (amperaje) POTENCIA

MÁQUINAS

AMPERAJE

(HP)

Canasta dosificadora

2

6.5

Mezcladora

6

15

Extrusor

9

27

0,5

2

Lecho fluidizado I

10

27

Spray

1

3.5

Cinta vibradora

0,5

2

Lecho fluidizado II

12

40

empaquetadora

3

9

Tolva cónica de recepción

4.7.5.2. Cálculo del protector térmico (fusible) M QUINAS

AMPERAJE

FUSIBLES

CAT LOGO

Canasta dosificadora

6.5

19.5

20

Mezcladora

15

45

50

Extrusor

27

81

80

Tolva cónica de

2

6

10

Lecho fluidizado I

27

81

80

Spray

3.5

10.5

10

Cinta vibradora

2

6

10

Lecho fluidizado II

40

120

100

empaquetadora

9

27

30

recepción

49


4.7.5.3.

Cálculo de la llave general + 20% M QUINAS

FUSIBLES

LLAVE

CAT LOGO

GENERAL Canasta dosificadora

20

24

30

Mezcladora

50

60

60

Extrusor

80

96

100

Tolva cónica de

10

12

10

Lecho fluidizado I

80

96

100

Spray

10

12

10

Cinta vibradora

10

12

10

Lecho fluidizado II

100

120

125

empaquetadora

30

36

40

recepción

4.7.5.4.

Fusible de la llave general + 25% al mayor amperaje.

I = 6.5 + 15 + 27+ 2 + 27 + 3.5 + 2 + 40(1.25) + 9 = 139 I = 139 A Fusible = 139 * 3 = 417 --  450 Llave general = 450 * 1.2= 540 -- 600

50


Resumen

30

60

20

6.5

50

15

80

27

10

2

80

27

10

3.5

10

2

100

10

600

450

100

LLAVE GENERAL

FUSIBLE

10 10

125 100

40

40 9 30

51


5.

CONCLUSIONES 

Se realizaron los cálculos para el diseño de una planta elaboradora de hojuelas de maíz, teniendo en cuenta los temas desarrollados en clase.



Se obtuvo un tamaño de planta con una productividad de 600 Kg al día.



La localización de la planta será en el distrito de Ate, resultado obtenido por el método del análisis dimensional.

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Se obtuvo el rendimiento de producción el cual fue: 596 kg de harina de maíz/1200 bolsas diarias.

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Se realizó el diagrama de trayectoria y el plan de producción diario, del cual concluimos en la cantidad de maquinaria y mano de obra a necesitar.

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Se concluyó que el área mínima de la sala de proceso, según cálculo estuvo entre 345 y 350 m 2, sin embargo después del análisis del tema de Instalaciones eléctricas se concluyó que el área más apropiada para ésta área fue de 352 m 2.

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DISEÑO DE PLANTA DE HOJUELAS EXTRUIDAS

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