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• Daniel Andres Trigo Alfaro

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INTRODUCCION La tortilla chip es un aperitivo popular industrializado mundialmente; fue inventado en Los Angeles en el año 1940, aunque es considerada comida mejicana, desde su creación se popularizo con una variedad de marcas y sabores, la receta esencialmente consta de maíz, aceite, sal y agua, aunque su preparado es similar al de los totopos con el cual es comúnmente confundido; la receta base es de sencilla preparación y las empresas dedicadas a la producción pueden diversificar este producto solo con adición de saborizantes en polvo o recetas únicas y originales. Existen muchas marcas dedicadas a la producción de tortillas chip, a nivel mundial las marcas Doritos, Mextitos y Tostitos son las más conocidas, se pueden encontrar en tiendas y supermercados con distintas presentaciones en muchos países o sus productos clásicos importados en otros. En Bolivia las tortillas chip se fueron popularizando provocando una diversificación de industrias dedicas a su producción, como también empresas dedicadas a importar algunas marcas importantes de renombre mundial como también otras de la región latino americana. La empresa “La Mejicana” elabora tortillas chips desde el año 1997 en la ciudad de Cochabamba, actualmente distribuyendo su producto a nivel nacional, capacitada para satisfacer las demandas del mercado está dotada de maquinaria de última tecnología para el preparado de un producto de calidad, obreros debidamente capacitados y una organización capaz de flexibilizar las necesidades que son requeridas en todos los aspectos del proceso de producción. CAPITULO I INTRODUCCION 1.

RESEÑA HISTORICA

1.1.

RESEÑA HISTORICA DE LAS TORTILLAS CHIP

La tortilla chip fue inventada por Rebecca Webb Carranza al hacer uso de las tortillas deformes rechazadas de la fabricación automática de las tortillas, 1

procedentes de la máquina que ella y su marido empleaban en su fábrica mexicana de la tienda de platos preparados y de tortillas en el sudoeste de Los Ángeles. Carranza encontró que las tortillas desechadas, si se cortaban en triángulos y se freían, eran un bocado exquisito; y al darse cuenta de esto, ella misma los vendió por una moneda de diez centavos a cambio de una bolsa en la fábrica de tortillas del El Zarape. En el año 1994 Carranza recibió la concesión de oro de la tortilla por su contribución al sector alimenticio mexicano. 1.2.

RESEÑA HISTORIA DE LA EMPRESA

En septiembre de 1999, introduciendo una innovadora idea de inversión en el mercado de los bocadillos de mesa, la empresa “La Mejicana S.R.L.” fue fundada por la señora Norah Escudero Claros, decidida a ofrecer un producto nuevo en el mercado boliviano. Para el año 2003 la empresa ya contaba con pedidos a las tiendas de barrio, y la creciente demanda llevo a la decisión de invertir en nuevas tecnologías en el procesamiento del producto, desde el año 2004 al 2010 la empresa pasa a ser administrada por la señora Angélica Claros de Alfaro durante la ausencia de su fundadora quien fue en busca de nuevas tecnologías y capital de trabajo para la modernización de la fábrica. En el presente la empresa “La Mejicana” actualiza su empresa equipando nueva maquinaria para poder abastecer las nuevas demandas del mercado nacional, contando con distribuciones a cuatro de los nueve departamentos del país. 1.3.

ANTECEDENTES

1.3.1. ANTECEDENTES DE LA EMPRESA “LA MEJICANA” La empresa “La Mejicana S.R.L” es una empresa legalmente establecida en el país, cuya única propietaria es Norah Escudero Claros, con domicilio principal ubicado en la ciudad de Quillacollo, avenida Tomas Bata, lugar en el que también se encuentra la empresa. Su principal actividad es la producción, distribución y comercialización de tortillas chip y tortilla de taco. 2

En la actualidad, gracias al empuje emprendedor de la propietaria, obtuvo buenos resultados como empresa industrial, considerando que solo se efectuaba la distribución en la ciudad de Cochabamba, contaba con una maquinaria de producción de artesanal. Posteriormente sus actividades se ampliaron a otros departamentos del país para así entrar en el mercado nacional, teniendo resultados favorables el movimiento económico-financiero de la empresa industrial; de esta manera se optó por la compra de nueva maquinaria de producción, depósitos de materia prima, depósitos del producto terminado y una ampliación de la fábrica para abastecer la demanda del mercado. Actualmente la planta cuenta con 28 empleados, entre plantel administrativo y producción, directos que trabajan 8 horas al día de lunes a sábado. Su patrimonio consiste en una instalación para la producción con una superficie de 2.100 m2, 7 vehículos para el transporte de los productos, 6 maquinarias diferentes, equipos e inversiones. Actualmente logró su principal objetivo, generando empleos directos e indirectos que aporta en lo social y económico al país. Su aspiración es dar a ofrecer un producto de calidad que cumpla las normas de seguridad, llegar abastecer al mercado nacional y ser una empresa que aporte un buen desarrollo económico al país. 1.4. JUSTIFICACION En Cochabamba existe un mercado competitivo entre empresas que elaboran tortillas chip por ser económicas, agradables al paladar y prácticos como un aperitivo o bocadillo a toda hora. Por eso se vio la necesidad de ampliar los conocimientos y observar los procesos físico-químicos, el funcionamiento de los equipos

y la línea de proceso de

producción desde la obtención del maíz hasta la obtención producto final empaquetado de la empresa industrial “La Mejicana”

3

Se eligió esta empresa porque en sus 15 años de transcurso tuvo un gran desarrollo tecnológico teniendo maquinarias modernas y automatizando el proceso de producción. 1.5.

OBJETIVOS

1.5.1. OBJETIVO GENERAL Conocer los procesos y procedimientos que se llevan a cabo en la fábrica de productos alimentarios “La Mejicana” 1.5.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Conocer las operaciones unitarias que desarrolla la empresa.



Conocer la maquinaria con las que cuenta la empresa.



Realizar un diagrama de flujo del proceso de producción de las tortillas chip.



Analizar los aspectos económicos generales de la empresa desde la producción hasta el proceso de distribución.

 1.6. 

Diseñar 3 equipos METODOLOGIA Ingresar a la planta de producción mediante la realización de una visita guiada en las instalaciones de la empresa para el conocimiento del orden de y equipo requerido para la preparación del producto.



Establecer un dialogo comunicativo mediante charlas y preguntas hacia el personal encargado de la visita guiada para un conocimiento específico de la tecnología y procesos.



Indagar información del tipo de maquinaria y operaciones que se utiliza en la empresa para un conocimiento de las características de cada detalle observado en la visita.

1.7.

ACTIVIDADES

Durante el trabajo se tiene una propuesta para realizar las siguientes actividades grupales para optimizar el avance, desde el capítulo 1 hasta la presentación final, se muestran en el diagrama 1 abarcando desde el 14 de Septiembre de 2014 hasta el mes de noviembre.

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DIAGRAMA 1: DIAGRAMA DE GANT

Actividades

Septiembre D L M M J V S D L M M J V S D L M M J V S D L M M J V S D L M 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Elaboración del Capítulo I Revisión del Capítulo I Ir a tiendas y supermercados de abasto de los productos Elaboración del capítulo II Revisión del Capítulo I Visita a la Empresa 3p.m.

M J

V

S D L M M

S D

L M M J

J

V

S

D

L

Octubre M M J V

D

L

M

M

J

V

S

D

L

M M

J

V

S

D

L

M M J

M M

J

V

D

L

M M

J

V

Elaboración del Capítulo III Revisión del Capítulo II Primera exposición Diseño de equipos Elaboración del Capítulo III Revisión del Capítulo III Segunda exposición de Equipos

V

V S

Segunda Exposición de Equipos Elaboración de las conclusiones y recomendaciones Revisión del Capítulo V Entrega del informe

5

Noviembre S D L

S

S

D

1.8.

ALCANCES

Los alcances de esta temática serán de conocer, comprender y explicar el proceso de producción de tortillas chip de la empresa “La Mejicana”; además realizaremos un análisis general de los equipos que son requeridos en la producción.

CAPITULO II 2. MARCO TEORICO 2.1. Evolución de la industria de las tortillas El origen de la tortilla en Mesoamérica se remonta antes del año 500 A.C. Por ejemplo, en la región de Oaxaca se tienen evidencias de que la tortilla empezó a utilizarse al final de la Etapa de Villas (1500 a 500 A.C.), se sabe esto porque las planchas de arcilla utilizadas para su cocimiento aparecieron en ese entonces. Las civilizaciones precolombinas de Mesoamérica usaban el maíz como su alimento base al igual que la sociedad moderna de esta misma región. En México, el paso de la tortilla prehispánica hasta la actual tortilla de carca se acelerado con la invención de máquinas iniciada hace por lo menos 115 años, aunque son las innovaciones tecnológicas desarrolladas a partir de las décadas de los cuarenta, cincuenta y sesenta las que permitieron la formación y expansión de este mercado. En los cuarenta y cincuenta con influencia de la población mexicana, se gestó en Estados Unidos el Mercado de la tortilla, que ha crecido sostenidamente hasta adquirir un carácter masivo en los noventa. En la actualidad, este mercado se ha convertido en el segundo más importante, después del mexicano. Así mismo, Centro América, Sur América y Europa son, cada vez más, consumidores importantes. 2.2. CARACTERÍSTICAS DEL MERCADO DE LA TORTILLA A NIVEL MUNDIAL Y EN MÉXICO Las características esenciales que distinguen al mercado mundial en general respecto del mercado en México, se aprecian en el Cuadro 1. Una primera diferencia es que en Estados unidos la tortilla se adquiere “fría”, para consumir 6

otro momento. En México, predomina la compra de tortilla caliente, se consume, preferentemente, casi de inmediato. Estas especificaciones de la demanda cada uno de los mercados se debe a las diferentes culturas, ritmos de trabajo y gusto diverso. Así, la tortilla en diferentes países es un producto diferenciado mediante marca. En México es preponderantemente homogéneo, sin marca, aunque desde los noventas existen opciones de tortillas frías de maíz.

2.3. VALOR NUTRICIONAL DE LA TORTILLA CHIP Este valor es bajo excepto en lo que respecta a su valor calórico, ya que elaborado a base de maíz (y no aditivos o saborizantes artificiales), éste puede variar de 487-550 Kcal/100gr dependiendo la presentación y receta de elaboración. El contenido en fibra de estas bebidas hace que sean una de las fuentes importantes de complemento de una dieta. Además pueden ser vehículo de administración de ciertas vitaminas (grupo B6 y vitamina E) y minerales (calcio, hierro, sodio).

2.4. PRODUCCION DE LA TORTILLA CHIP Las plantas de tortillas chip están optimizando constantemente sus procedimientos mediante sistemas automáticos. Al aumentar la demanda de tortillas chip, la automatización permite al fabricante satisfacer las necesidades sin ampliar las dimensiones de la planta de fabricación. Los tamaños de los envases también se han ido incrementando. En el inicio de la industria, los envases de 35 gramos 300 gramos eran los más frecuentes. Hoy se utilizan envases de 500 gramos como presentaciones para fiestas o tipo familiares. Las operaciones que se llevan a cabo en una planta de fabricación de tortillas chips se pueden dividir en cinco procesos básicos:  Almacenado  Cocción 7

 Molido  Horneado  Enfriado  Fritado  Secado  Sazonado  Embolsado El maíz es un componente muy importante de las tortillas chip y debe tener una calidad excelente. Cuando la fábrica recibe los ingredientes, se procede a la inspección, toma de muestras y análisis de los mismos en el departamento de control de calidad. En el proceso de fabricación del concentrado sólo se utilizan materiales que hayan pasado las pruebas. También se recibe el material de envasado, que se evalúa y analiza de la misma forma que las materias primas. Para la fabricación de las tortillas chips, el maíz y una cierta cantidad de agua se transporta al interior de tanques de acero inoxidable, donde se mezclan y hierven hasta llegar a un punto específico de cocción conocido por un operario dedicado al control de este proceso. Las piscinas tienen capacidad según la producción requerida. Deben estar completamente limpios y desinfectados en el momento del hervido. Una vez hervido el maíz, se llega a la etapa de molido. Todo el producto es conducido por partes a la moledora de piedra. Antes de iniciar el proceso, las máquinas deben estar completamente limpias y desinfectadas. Los productos se mantienen dentro de las tuberías y los tanques durante el proceso de llenado para evitar la contaminación. Los recipientes llenos se trasladan con máquinas transportadoras al área de moldeado y cortado. Mediante una cinta transportadora pasa a un horno de tres niveles, seguido a una serie de cintas transportadoras distribuidas en niveles para el enfriado de las tortillas, se transporta el producto a las freidoras en un tiempo de cocción controlado por el operario de cocina y es transportado por

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una cinta con ventilado para la eliminación del exceso de aceite, en el proceso de transporte las tortillas son sazonadas y finalmente pasan a la sala de embolsado.

2.5. INSUMOS, MATERIAS PRIMAS Y SERVICIOS UTILIZADOS EN LA PREPARACIÓN TORTILLAS CHIPS 2.4.1. MATERIAS PRIMA E INSUMOS 2.4.1.1. Materia prima: Maiz El maíz constituye la materia básica para diversas industrias y cada porción del grano es aprovechada para obtener un gran número de productos. Composición del grano El grano maduro está compuesto por 3 partes principales: Pericarpio: Capa exterior de cubierta protectora, dura y fibrosa, que encierra al grano. Está formada principalmente por fibra cruda aproximadamente en un 87% y en el cereal ya maduro, tiene la función de impedir el ingreso de hongos y bacterias. Endosperma: Es la parte más importante del grano, está constituida por almidón, proteínas y gluten y funciona como fuente de energía para la planta en su desarrollo.

9

Germen: Se encuentra en el extremo más bajo del grano, ocupa del 9 al 12% del volumen total del grano y posee dos partes destacables, el eje embrionario (planta nueva) y el escutelo (constituye una gran reserva de alimentos)

2.4.1.2. Insumo: Sal La sal es un condimento barato y fácilmente asequible en cualquier tienda o supermercado. El consumidor la encuentra en tres formatos: fina, gorda o en forma de copos (esta última se suele dedicar a la alta cocina). Se comercializa también de dos tipos: como sal refinada, la más habitual, en forma de cristales homogéneos y blancos, y como sal sin refinar, cuyos cristales pueden ser más irregulares y menos blancos. Se cuenta con la materia prima, como: grano de maíz (maíz de todo tipo excepto el maíz negro) y de aditivos como: sal, sazón de las respectivas variedades de tortillas chips, aceite vegetal, agua. 2.4.1.3. Insumo: Aceite vegetal El aceite vegetal es un compuesto orgánico obtenido a partir de semillas u otras partes de las plantas en cuyos tejidos se acumula como fuente de energía. Algunos no son aptos para consumo humano, como el de ricino o algodón. Como todas las grasas está constituido por glicerina y tres ácidos grasos. Muchos aceites vegetales son preferibles a las grasas animales para el consumo humano. Esto se debe a que son ricos en ácidos grasos mono o poliinsaturados, una cualidad muy importante para la transformación de grasa en el organismo humano. Sin embargo, algunos aceites vegetales contienen una elevada proporción de grasas saturadas (coco y palma). 2.6. SERVICIOS 2.6.1. COSTO DEL AGUA Al margen del costo de abastecimiento de agua cobrado por la empresa de suministro, e independientemente de la fuente de provisión (red pública o pozo), el manejo del agua al interior de la empresa tiene un costo adicional. Éste 10

comprende la energía gastada en bombeo, el mantenimiento y depreciación de la instalación necesaria para abastecer las diferentes áreas de la planta (pozos, bombas, tuberías, medidores, válvulas, tanques, equipos de tratamiento), los reactivos y los repuestos utilizados. . Según las características del sistema de suministro y distribución de agua en la empresa y del detalle de los ítems de costo tomados en cuenta para el cálculo, los costos pueden presentar variaciones.

NOTA: Se asume que no existe tratamiento de aguas residuales en planta y que el costo de vertido de aguas residuales al alcantarillado está incluido en el costo cargado por la empresa de suministro de agua. En caso que la empresa realice el tratamiento de aguas residuales, el costo respectivo debería estar incluido en el costo unitario del agua.

2.6.2. ENERGÍA ELÉCTRICA En términos generales, el uso de la energía eléctrica en el rubro de las tortillas chip está destinado, como en otros rubros, al accionamiento de motores eléctricos principalmente, y en menor medida a la administración (equipos de oficina y de ambientación), iluminación y calentamiento de agua (duchas eléctricas). El consumo de energía eléctrica en motores representa aproximadamente el 77% del consumo total, y su uso está asociado a los distintos equipos necesarios para el proceso; molido; mezclado, transporte, envasado con aire y otros usos menores. La energía eléctrica destinada al funcionamiento de la administración (equipos de oficinas de las empresas) constituye aproximadamente el 14%, y está relacionada fundamentalmente al uso de computadoras y otros equipos propios de la administración. No debe perderse de vista que en ciudades con climas muy cálidos o fríos, el uso de equipos de ambientación (calor o frío) puede elevar considerablemente el consumo de energía eléctrica en la administración. Figura 1 Distribución porcentual típica del consumo de energía eléctrica en una empresa de elaboración de bebidas no alcohólicas. 11

Iluminacion 8% Administracion 14%

Duchas Electricas 1%

[NOMBRE DE CATEGORÍA] [VALOR]

figura 1: Consumo eléctrico para producción de totillas chip

Por su parte, el consumo de energía eléctrica en la iluminación de los distintos ambientes de las plantas tortillas chip representa alrededor del 8%, y, en algunos casos, puede llegar a ser superior al consumo de la administración. La cantidad de espacios a iluminar, incluyendo oficinas y espacios exteriores, significa un consumo muy importante, por esta razón, su uso debe ser evaluado permanentemente. Finalmente, es común que las empresas empleen duchas eléctricas para la higiene de sus empleados. El uso de estos artefactos para calentar el agua, si bien no representa un consumo elevado, aproximadamente el 1%, su incidencia en la demanda de potencia, debido al uso coincidente de varios de estos equipos, puede afectar de manera significativa a los costos de energía de las empresas.

CAPITULO III PROCESO PRODUCTIVO DE LA EMPRESA “La Mejicana”

La elaboración de tortillas chips tuvo origen Mexicano pro fue conocido por E.E.U.U. en el año 1940 y así con el paso del tiempo fue conocido a nivel mundial. Las tortillas chips de la “mejicana” fueron producidas desde el año 1992 por la Sra. Nora Escudero pues fue así que comenzaron primero como industria de categoría artesanal, hoy en día tiene la categoría de industrial con todas sus maquinarias 12

automatizadas. Su producción varía según el pedido que tienen por semana ya sean en todas en sus 5 variedades, como tortillas chip de queso, queso con tocino, queso pizza, saladas y las picantes 3. PROCESO DE PRODUCCION El proceso de producción de tortillas chip de la mejicana comienza con la recepción de la materia prima, al ser recepcionada en la fábrica comenzara el proceso de producción en el siguiente orden: 

Almacenamiento en silos



Cocción en pailas



Molido



Mezclado



Cortado



Horneado



Enfriado



Fritado



Embolsado

Cada uno de esos procesos serán detallados en el desarrollo del presente tema.

3.1. ALMACENADO EN SILOS Para la elaboración de tortillas de maíz se realiza la recepción de maíz de todo tipo con la excepción de maíz negro o de wilcaparu, donde todo este maíz es almacenado en silos propios para el maíz, su diámetro por lo general varía de 3 a 20 m. y su altura de 2.5 a 20 m. Los silos más usados son:  Silo Tipo bunker: que hay de dos tipos: uno construidos de madera uno al lado del otro y el otro tipo es llamado “rustico” hechos con alambres gruesos, tubos y otros.  Silo torre construidos con ladrillos, aluminio, piedra y bloques de cemento.

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 Silo de bolsa: el material se ensila con bolsas de calibre 4 a 6 con capacidad de 30 a 40 Kg.  Silo montón o casero: son apilamiento del forraje en la superficie del suelo con bolsas nylon. El mejor silo de maíz son los silos de torre que son los más óptimos y brindan aireación y cuidados al maíz para evitar que se pudra este con la humedad. La empresa “mejicana” cuenta con solo un silo de torre de aluminio de aproximadamente 5m de diámetro y de alto de 10m donde en la parte baja tiene la forma cónica.

3.2. PAILAS DE COCCIÓN Posterior al silo de almacenamiento pasa a las pailas de cocción donde es hervida el maíz con H2O y cal, este último para con el fin de separar las cascarillas del maíz, antibacteriano, permite que la humedad penetre al maíz, le da un sabor tostado al grano. Estas pailas están Fabricación en acero inoxidable, de volumen variado según cada empresa que los usa, en su mayoría todos son automatizados. En la “mejicana” existe un personal encargado del control de tiempo y cocción del maíz en las pailas donde el mismo sabe que se detiene esta etapa cuando el maíz se encuentra suave y se ve que la cascarilla del maíz se rompe fácilmente. 3.3. TAMBOR GIRATORIO DE PAREDES PERFORADAS Tiene una forma cilíndrica en posición horizontal donde el maíz que pasa por este, es llevado en dirección a donde gira y así de ese modo es sacado sus cascaras que tiene el maíz con ayuda de chorros de agua que presenta este. 3.4. MOLINO DE PIEDRAS En la siguiente etapa es donde entra el maíz húmedo por el cabezal con la ayuda de un molino de piedras por lo general, también se lo puede moler con un tornillo

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sin fin. El molino de piedras es de material acero inoxidable, existen molinos de piedra de producción de 500 Kgr./hora

800 Kgr./hora

1.200 Kgr./hora

3.5. MEZCLADORA A continuación la masa molida pasa directamente a una mezcladora de masa donde es amasada por unos minutos hasta que la masa quede homogénea y así salga de un alimentador y esté lista para el horneado. Este es de acero inoxidable y presenta una palas que se mueven a sentido contrario de la pala de al lado, el número de palas varía según el tamaño que tiene la maquinaria

3.6. ALIMENTADOR El tipo alimentador de vibración

tiene uso de la fluir-extracción, de la fluir-

regulación y de fluir-alimentación. La unidad se puede utilizar en varios ares como silo/tolva/el equipo/las líneas de proceso el pesar de las industrias del alimento, químicas y farmacéuticas. Muy poco o nada de mantenimiento, diseñado para la operación a lo largo de todo el año, la dosificación eficaz de las ofertas, equipado de 2 motores de la vibración y de una puerta ajustable.

15

3.7. CORTADOR DE CHIPS DE MAIZ Este tipo de cortador de chips de maíz es una maquina para procesar alimentos, cuyo tamaño es de 1200 * 600 * 1500. Parámetros: Modelo

LTCTC

Motor principal

1.5Kw;

Control de velocidad invertida Dimensión

1200x600x1500 mm;

Campo de aplicación

Hoja comprimida de la extrusora

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3.8. HORNO DE CINTA TRANSPORTADORA Un horno de cinta transportadora está equipado con una correa que mueve el alimento a través de la zona de cocción en el interior, que tiene aire caliente soplado continuamente para cocinar. El aire caliente viene por arriba y por debajo de los alimentos, de manera que se cocinen de manera uniforme por todas partes. El tiempo para cocinar los alimentos en los nuevos modelos es de cinco minutos o menos. La característica más importante de estos hornos es la posibilidad de verificar inmediatamente el efecto del tratamiento térmico sobre los productos. Con su cocción rápida y completa y su ancha cinta transportadora y eficiencia, los hornos con cinta transportadora son ideales para la preparación de alimentos en restaurantes de comida tales como pizzerías o panaderías que hacen grandes cantidades de galletas y otros productos horneados. Un horno de indexación transportador tiene una variedad de usos, tales como el secado y el curado y otras tareas similares. 17

Concepción general El horno está formado por una mufla colocada en el interior de la cámara de calentamiento. La mufla es atravesada por una corriente de gas formando una atmósfera inerte de tratamiento. Las salidas al baño de temple y retorno de cinta son estancas. La cinta transportadora, descansa sobre una solera móvil, con movimiento alternativo y carrera regulable. Las piezas son cargadas sobre la cinta y recorren las diferentes zonas del horno, adquiriendo en cada una la temperatura adecuada hasta llegar al final del mismo, cayendo al baño de temple incorporado. Durante el paso por el horno, las piezas conservan sus distancias relativas sin riesgo de golpes y con una duración de la exposición a temperatura rigurosamente igual para todas ellas, con la consiguiente uniformidad en el tratamiento. Todos los parámetros del tratamiento, como perfil de temperatura, tiempos de permanencia a distintas temperaturas, atmósferas, fluidos de temple..., son regulables con precisión, con lo que se logra flexibilizar al máximo las posibilidades de tratamiento. Construcción exterior El horno se presenta en un atractivo mueble de construcción metálica, a base de chapas y perfiles de acero laminado en frío, con un tratamiento especial anticorrosivo, de gran robustez, con avanzado diseño y acabado con pintura epoxídica de agradables tonos. Calentamiento La cámara de calentamiento pude estar formada por distintas zonas con regulación independiente para cada una, si así conviene al tratamiento previsto. La calefacción se consigue por medio de resistencias de aleación especial colocadas en el interior de una masa de hormigón refractario moldeada en forma de puente para asegurar una correcta repartición de la temperatura. (Sistema patentado).

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Las resistencias se colocan alrededor de la mufla asegurando una perfecta uniformidad en el calentamiento incluso en la zona de caída del baño. Las resistencias son fácilmente accesibles para facilitar un eventual cambio de las mismas, con conexionado en frío protegido por cárter. La temperatura de cada zona es regulada por un pirómetro automático de lectura digital de alta precisión. Aislamiento El aislamiento se realiza mediante fibras minerales y cerámicas de baja masa térmica y gran poder calorífico, cuidadosamente dispuestas en estratos a fin de reducir las pérdidas de calor. El perfecto aislamiento conseguido permite un extraordinario ahorro energético. La puesta en marcha se realiza en 2-3 horas, lo que posibilita la utilización intermitente del horno. Asimismo el cambio de tratamiento se realiza en pocos minutos ajustando los parámetros oportunos. Control de temperatura El control de temperatura de la cámara está asegurado por uno o varios reguladores electrónicos de temperatura termopar tipo K y visualización digital de la temperatura. 3.9. ENFRIADOR DE NIVELES

Equipo para Tostadas Equipo utilizado para el enfriado total de la tostada. Aunque puede ser utilizado en 19

tortilla de maíz o harina de trigo. Su finalidad es enfriar totalmente la tortilla para que pueda pasar al proceso de tostada de aceite o light. Cuenta con transmisión de velocidad ajustable y mallas transportadoras que permiten un enfriado adecuado. Cuenta con 5 niveles y 5 metros de largo. Obteniendo un enfriado en 25 metros de distancia para su enfriado Especificaciones Técnicas Monofásico/Trifásic

Tipo de luz

o

Material

Acero

Producción

X Piezas/Minuto

Ancho

60 cm

Largo

500 cm

Alto

160 cm

Peso

160 kg

Consumo

de

Gas Consumo Luz Potencia

de

N/A lt/hr

1 kwh 2 HP

Cinco bandas de 4 metros de largo cada una. Bases y transportador con chasis de ángulo de 2 x 1/8. Perfil de 3” calibre 14. Malla de 23”. Rodillos cuadrados o de taquete y redondos. Cadena paso 60.

20

Motor de 1 HP trifásico o monofásico. Volteadores en acero inoxidable 430, con dobles en los costados.

3.10. FREIDORA Freidora de gran producción para frito patatas chips, cebolla, patata tortilla, etc. Volcado y batido automático si lo necesita. Producciones en chips desde 60 kg/h-100 kg/h frita. Quemador de gas o gasoil. Cámara para aprovechamiento de energía, ahorro energético y bajo consumo. Limpieza automático de pozos y limpieza de aceite. La fritura es un proceso físico-químico complejo, en el cual el producto a freír (papas, carne, pescado, productos empanados, etc.) se introduce crudo o cocido en el aceite durante determinado tiempo a temperaturas entre 175-195oC, para favorecer una rápida coagulación de las proteínas de la superficie del producto y provocar una casi impermeabilización del mismo, la que controla la pérdida de agua desde su interior, convirtiéndose en vapor. Esta situación facilita la cocción interna del producto, el cual permite la conservación de muchas de las características propias del alimento, mejorando en la mayoría de los casos, su sabor, textura, aspecto y color. Así es posible obtener un

producto

más

apetecible,

lo

cual

sin

lugar

a

dudas

contribuye

al éxito de consumo de los productos fritos. El producto frito posee una estructura distintiva. Su parte externa es una superficie que contribuye al impacto visual inicial debido a su tostado, presentando un color entre dorado y pardo, resultante de las reacciones de las proteínas y los azúcares por acción del calor, el pardeamiento no enzimático (Reacción de Maillard) y de los azúcares al sufrir la caramelización, dando lugar a un producto con aspecto agradable El grado de oscurecimiento del alimento frito depende más del tiempo y la temperatura de freído en combinación con la composición química del producto, que de la composición del aceite utilizado en la fritura. Los procesos que ocurren

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también producen los sabores deseados y dan lugar a una capa crujiente superficial como consecuencia de la deshidratación del alimento durante el freído. El calor reduce el contenido de humedad de esta capa hasta 3% o menos y la humedad desprendida es la causante del vapor generado durante el proceso. El espacio libre que deja el agua que escapa es ocupado por el aceite. La cantidad de aceite absorbido por un alimento depende en gran medida de su contenido de humedad, porosidad y superficie expuesta al aceite de fritura. Esta cantidad es aproximadamente entre el 20 y 40% en base al peso del alimento frito. Freír alimentos a temperaturas demasiado bajas provoca que los mismos atrapen más cantidad de grasa en su interior.

Las freidoras para chips de Tortilla son diseñadas para la freidura continua de torilla chips con modelos capaces de resultar 400 libras por hora. Las freidoras deben cumplir con una serie de requisitos para garantizar resultados satisfactorios con su utilización, entre los que se encuentran: 

No presencia de zonas o esquinas muertas que dificulten la renovación del aceite.



No aportar trazas de metales al aceite. Deben estar hechas de acero inoxidable.



Superficie de contacto aceite-aire, la menor posible.



Existencia de tapa para evitar que la luz incida sobre el aceite. La misma debe permitir la instalación de un sistema de extracción de humos, recogerá y canalizará el vapor, las sustancias volátiles y las pequeñas gotas de aceite arrastradas. Es importante que la posible condensación de estos humos no gotee dentro de la freidora. Una aspiración muy intensa puede producir el enfriamiento del aceite.



Ubicación de la fuente de calentamiento del aceite que permita que el mismo alcance la temperatura adecuada sin necesidad de elevar excesivamente la temperatura en ese punto para compensar las pérdidas ocasionadas por el recorrido. Se requiere además la presencia de un termostato para garantizar la temperatura mínima necesaria y evitar variaciones bruscas en la misma.

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

En aquellas freidoras con cinta o estera, su velocidad debe ser variable para permitir fijar la mejor relación tiempo/temperatura de fritura y garantizar la calidad del producto.



Ubicación de un filtro, en la propia freidora o cerca del intercambiador de calor, que elimine las partículas de producto que se requeman y carbonizan en el aceite



Facilidad de limpieza Freír Chips Fríe hasta 6,200 tortillas por hora. Electricidad: 220V 11.8 Amps, 60 Hz Corriente monofásica BTU: 190,000 Pies cúbicos: 190 Ancho: 34" Altura: 57" Largo: 120" Peso: 1,063 libras *Producción varía dependiendo del diámetro y el espesor de la tortilla y la

experiencia del operador del equipo.

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3.11. SAZONADO Existen varias formas de sazonado así como saborizantes, se alimenta el sazonador a la maquina la cual transporta el sazonado rociando sobre los rociándolo sobre los nachos que bañados con un poco de aceite de maíz para aumentar la adherencia del polvo saborizante, Se transporta mediante una cinta hacia el embolsado, en este recorrido un operario se encarga de inspeccionar nachos quemados o algún tipo de falla que se pueda encontrar. 3.12. EMBOLSADO Y EMPAQUETADO Las rigurosas normas de control de calidad aplicadas a los procesos del maíz y los avances tecnológicos en la materia también han aportado a la industria de las tortillas un alto grado de confianza sobre la pureza del producto. Además, las plantas de fabricación y empaquetados que producen distintas industrias de tortillas se han transformado en instalaciones manipuladoras de alimentos altamente mecanizados, eficientes y muy limpias. Las tortillas chips son únicamente embolsadas con aire de material plástico de POLIPROPILENO, debido a que por su composición química es un polímero vinílico (cadena principal formada exclusivamente por átomos de carbono) y en particular una poliolefina, muy óptima para el cuidado del producto. VENTAJAS DEL USO DE POLIPROPILENO · Ligero · Alta resistencia a la tensión y a la compresión · Excelentes propiedades dieléctricas · Resistencia a la mayoría de los ácidos y álcalis · Bajo coeficiente de absorción de humedad Transportadas por un elevador de cangilones a una máquina de envasado vertical; el material de envasado se alimenta a través de una bobina que desenrolla la empaquetadura, una cantidad medida por la maquina envasadora cae a la bolsa

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momento después de que esta es sellada por la parte inferior continuando con este proceso para las siguientes bolsas. El producto empacado cae por gravedad a un depósito donde se controla que el envasado no haya tenido fallas, algunas fallas comunes son El mal sellado de la bolsa Bolsas reventadas por algún mal funcionamiento de la maquina El producto recolectado de las bolsas falladas es realimentado a la maquina embelesadora. El polipropileno es utilizado como material de embazado, este material es ideal por su bajo costo fácil de colorear, buena estabilidad térmica y resistente a la fatiga.

CAPITULO IV DISEÑO DE EQUIPOS

4. EQUIPOS INDUSTRIALES 4.1. CELDAS DE LIXIVIACION La lixiviación es el proceso metalúrgico y químico que permite extraer un sólido de otro sólido en un medio líquido. Se vio difundida por la explotación de minerales marginales y siendo estimulada por la necesidad de convertir los gases sulfurosos en ácido sulfúrico o contaminación, lo que promovió la explotación de minerales oxidados y mixtos que utilizan acido sulfúrico.

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Para lograr el proceso de lixiviación se debe acondicionarse una pila de mineral con todas las medidas de estabilidad y seguridad. 4.1.1. PILAS DE LIXIVIACION Esta pila se denominará PAD de lixiviación y deberá estar dotada de una base impermeable de geomembrana doble con tubo de control diseñada en forma aislada del suelo original del terreno que lo sustenta. El mineral dispuesto en la pila podrá ser bañado con la solución cianurada para su extracción del oro. La pila queda conformada una vez que se cargan las celdas de lixiviación se cargan las celdas con el blending (mezclado) apropiado. El mineral es bañado por la solución lixiviante que al bañar el mineral se extrae lo requerido La pila de lixiviación crece hasta convertirse en una enorme instalación o cerro en superficie que es permanentemente bañado por solución lixiviante mientras dure la vida útil de la mina. 4.1.2.

CELDAS DE LIXIVIACION:

La lixiviación en tanques, normalmente se realiza en cámaras rectangulares de tamaño regular (ni tan grandes ni chicos) con el material previamente chancado (triturado) y es el último eslabón después de la lixiviación dinámica su antecesor para que el último sea una lixiviación estática. Se realiza también ensayos a escala laboratorio y ensayos en columnas. En el caso de trabajar a escala tipo piloto, se debe cambiar de simulación a grandes columnas o pilas. VENTAJAS: 

Modelo a escala reducida en los futuros bloques, cámaras o bloques a trabajar.



Perfecta simulación del flujo lixiviante de extremo a extremo de la masa del material en depósito rectangular



Posibilidad en tamaños más gruesos



Menor altura de columna 26



Mayor sección de columna



No se requiere de bombas



Simulación real de las futuras condiciones de operación



Simulación del funcionamiento del proceso definiendo el número de tanques y escalonamiento para así obtener una concentración deseada del metal o mineral

Normalmente una planta piloto pequeña tiene dimensiones de 1m (largo), 0.5m (ancho), 0.4m (alto). 4.1.3. GEOMEMBRANA Es una cubierta plástica de alta resistencia, ubicada en la base del PAD, su principal función es de impedir el contacto de los químicos en los suelos a usar en las pilas de lixiviación, y ambientalmente cuida la calidad de las aguas subterráneas

4.1.4. ESQUEMA GENERAL

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4.2. HORNO TÚNEL Es una construcción de largo, ancho y altura variables que se compone de dos paredes verticales hechas en mampostería refractaria y mampostería común, una bóveda que puede ser plana y circular hecha tammen en mampostería, manta o concreto refractario y una cuarta pared construida por una serie de vagonetas que sirven para sellar y aislar del exterior las zonas donde se va a cocinar el producto Estas vagonetas tienen una segunda función que consiste en contener los productos que van a ser sometidos al proceso de cocción. Cuando el horno esta en operación se encuentra lleno de vagoneras, en toda su longitud, cada una cargada con el producto a cocinar, colocado en paquetes con una disposición particular con la condición que estos paquetes deben ser separados por espacios vacíos que sirven como cámara de combustión. 4.2.1. LARGO DE UN HORNO TUNEL 28

El largo del horno se divide en tres zonas cada una de longitud aproximada de 1/3 de su longitud total. Estas zonas se diferencian por las temperaturas que allí se manejan, además de la mampostería con que se construyen y que son: 4.2.2. ZONA DE PRECALENTAMIENTO Es el sitio donde el material que ingresa seco, con una humedad residual no superior al 2% es sometido a calentamiento gradual hasta alcanzar una temperatura que oscila entre los 600° y 700° grados centígrados, este calor es producido por los gases calientes que provienen de la zona de fuego trasportados por la succión que hace el ventilador de humos y que van en contracorriente al sentido de avance de las vagonetas. 4.2.3. ZONA DE COCCION Es la zona central y mas importante del horno en la cual se alimenta el combustible y donde se eleva gradualmente la temperatura de 700°C a la temperatura de cocción previamente diseñado para el tipo de arcillas con las que se trabajan y que pueden oscilar entre 920°C y 1050 °C. Para generar la temperatura de cocción y mantenerla se puede utilizar combustible solidos (carbón), líquidos o gases naturales. 4.2.4.

ZONA DE ENFRIAMIENTO

Es el lugar del horno después de la zona de cocción donde el material pierde gradualmente su temperatura de 30°C a 60 °C. El aire que se calienta al enfriar los ladrillos es aspirado de la zona de enfriamiento para ser utilizado en el secado material verde. ¿Qué ventajas tiene un horno túnel? Los rendimientos térmicos obtenidos en el horno túnel es 350.000 kilocalorias / tonelada; son muy superiores a los de los hornos como el colmena 8500.000 kilocalorias / tonelada o hofmann 450.000 kilocalorias / tonelada esto se traduce en ahorro de consumo de combustible que respecto a un horno colmena puede ser hasta el 70 kilos por tonelada a favor del horno túnel.

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Mejora la calidad ambiental mitigando la contaminación atmosférica por la mejora en las técnicas de combustión, mediante la reducción notablemente de las emisiones atmosféricas en cumplimiento de las normas de emisión y calidad de aire, evitando el calentamiento global. 4.2.5. DISEÑO DEL HORNO TUNEL Diseño de la vagoneta Para llegar a determinar las medidas optimas del mecanismo transportador de los elementos cerámicos o también llamada carga dentro del horno tunel, se toma en cuenta el consumo de combustible, la operabilidad del equipo, distribución de la temperatura dentro de 3 camaras,etc. Dimensionamiento del elemento Para realizar un dimensionamiento es necesario cuantificar la producción requerida en función del tiempo de operación de la fabrica, partiendo de las dimensiones de los ladrillos se comienza con las medidas para el diseño de la vagoneta.

Calculo del volumen de Ladrillo vladillo= Volumen área Transversal *Longitud Material Seguido del calculo del Volumen diario, semanal, mensual; con el propósito de poder dimensionar de mejor manera el horno tunel. Vproduccion = Vladirllo * Produccion tiempo Con los datos de productividad diaria es posible calcular las Dimensiones de la capacidad de carga del Vagon. Capacidad de carga del vagon

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Asumiendo un tiempo de producción según el tiempo que tardaría un vagon en entrar y salir del horno. Modelo de la vagoneta A continuación se enumeran las diferentes partes que conforman la vagoneta: 1. La carga, puede ser ladrillos o tejas o ambos 2. Plataforma de ladrillo hueco ya cocido, ayuda a la circulación de calor en la parte inferior 3. Pataforma de ladrillo refractario para aislar la parte baja de la vagoneta, está compuesto de tres plataformas. 4. Plataforma de ladrillo de construcción o base para la unión entre las estructura metalica y y la plataforma 5. Estructura metalica con acero A-36 6. Sistema de ruedas, de fundición. Para el sistema de ruedas es necesario el conocimiento de resistencia sobre cada eje de la vagoneta para esto utilizamos la formula.

Sistema de rieles Guía.El trabajo de las rieles será, dirigir el movimiento de las vagonetas cargadas a lo largo de cada zona de trabajo del horno. Las rieles debido a los efectos de la dilatación tienden a moverse y perder el paralelismo para ello es necesario determinar una forma constructiva específica de acuerdo a los distintos esfuerzos que se presentan a lo largo del horno.

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Diseño del Cable de arrastre.Es necesario determinar el diámetro del cable de acero necesario, para arrastrar las vagonetas dentro las cámaras del horno. Selección del cable de acero Βadm

Esfuerzo admisible

Faplicada

Carga aplicada

F.S.

Factor de seguridad

Calculo de la sección necesaria para el cable

Calculo del diámetro del cable √ Calculo del Diámetro del Cable con factor de seguridad

Diseño de la forma geométrica de la bóveda.Con las dimensiones de la vagoneta ya establecida, se procede a determinar la forma y dimensionamiento de la bóveda que será la misma a lo largo del túnel. 32

Determinación del radio de curvatura para el arco de la cúpula aislante Con el fin de proveer en el interior de la bóveda, la correcta distribución de temperatura y una eficaz circulación de calor, es necesario determinar el radio de curvatura de la cúpula. Ecuación y variables para el cálculo del radio de la curvatura del arco

Radio de curvatura del arco para la cúpula

E

separación de paredes

H

Altura de circulación de calor

R

Radio de curvatura para el arco

También es necesario un espacio libre para que circulen los gases, el calor que ayudara a un incremento uniforme de la temperatura, a cocer las caras laterales de los elementos cerámicos y aun correcto enfriamiento. Así también esta separación ayuda a evitar roces entre la carga y las paredes de la bóveda; si la separación es muy grande se produce perdida de calor ya que el área de convección se incrementa y permite la concentración de temperatura por lo que facilita la conducción de calor de la cámara y el exterior de las paredes. Se diseña también una aleta termina que aísla el paso de calor a la parte baja de la cámara, lo cual alarga el tiempo de vida o funcionamiento en operación de los componentes inferiores de la vagoneta.

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Las ruedas de la vagoneta se calientan transmitiendo calor hacia su interior, ocasionando dilatación y endurecimiento de la rodadura así también la evaporación del lubricante reduciendo su duración Para minimizar el efecto de endurecimiento se recomienda trabajar con rodamientos rígidos de bolas SKF 6005Va 201 diseñado para desempeñarse a elevadas temperaturas. Determinación de la longitud del horno túnel.Las dimensiones del horno en lo que la longitud respecta, es un factor importante en términos de costos, espacio físico necesario para su instalación, etc. Un mal diseño en las longitudes de cualquiera de las tres zonas del horno repercute en la eficiencia, en la utilización, manejo, mantenimiento, y recuperación de calor. Longitud del Horno túnel Calculo de la longitud total del Horno Túnel.

(

M Es la producción anual de horno Piezas elaboradas A Es el porcentaje de desechos por cocción % Z Es el periodo de cocción y enfriamiento horas F Área de sección transversal de bóveda del horno m2 K Es la densidad de la carga piezas/ m2 Determinación de la longitud de las tres zonas del horno túnel Determinada la longitud del horno túnel en función de su producción anual, es necesario determinar la longitud de las tres zonas de trabajo del horno, para ello existen diferentes relaciones según el tipo de material a que pasara por el túnel.

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Correlación entre las longitudes de la zonas del horno túnel

Tipo de producto

Zonas calentamiento cocción

Ladrillos

de 3/8L

Enfriamiento

1/4L

3/8L

1/6L

1/2L

construcción Objetos cerámico,

de

gres

1/3L

sanitarios,

refractarios

Diseño de la zona de cocción.En el estudio de la parte interior del horno, la zona de cocción es donde, nos enfrentamos a las temperaturas más elevadas, también se producen los coeficientes más altos de dilatación, y del análisis termino de este punto se obtendrá datos que nos ayuda al diseño de la zona de calentamiento y enfriamiento. Los puntos a tomar en cuenta son 

Análisis de combustible



Diseño del espesor de la pared de cocción



Elección de quemadores



La turbina centrifuga



Elección del tipo de sensor a instalar

Análisis de combustible.-

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Para el diseño de la cámara de cocción es necesitamos saber que temperatura nos entrega el combustible al producirse la reacción. Considerando un sistema adiabático, el proceso de combustión como completo para ello se desarrolla el balance de energía química. Ecuación de combustión balance estequiometrico:

Combustible + Oxigeno + 3.76N2 -˃ CO2 + H2O + N2 La relación aire combustible para este proceso es:

La transferencia de calor para este proceso de combustión de flama adiabática se obtiene de la siguiente ecuación:

∑

∑

Cantidad de calor transferido en la cámara de combustión La transferencia de calor para este proceso de combustión de flama adiabático se obtiene a partir de la siguiente ecuación. ∑

∑

Donde se tiene W = 0

Diseño del espesor de la pared de cocción.36

Por lo complejo que resulta diseñar este tipo de horno, exige estudiar algunas alternativas en relación a las paredes aislantes de la zona de cocción para esto se ha conformado otro tipo de pared constituida por una combinación de materiales; ladrillo refractario, ladrillo aislante, ladrillo de obra, cuya ventaja principal será que su groso es menor a la pared compuesta solo por ladrillo refractario. Ventilador centrifugo.El ventilador centrífugo provee de aire a presión a los quemadores, para mejorar la combustión, esta accionado por un motor con su respectivo tablero de control, contactares y relees térmicos. Sensor de temperatura.Las termocuplas escogidas para ser implementadas en el interior del horno túnel son del tipo “K” debido a que la temperatura de trabajo de cocido de los elementos cerámicos puede llegar a los 1000° C, este tipo de elemento se desenvuelve sin problemas. La termopila está construida de cromel (cromo-aluminio) y alumel (aluminio – niquel) ambos de color plateado brillante pero el alumel es levemente magnético por su contenido de níquel. Zona de calentamiento.La zona de calentamiento, es aquella donde se dan los primeros cambios físicos químicos en las paredes de construcción de horno, la vagoneta y en la carga aparecen gases producto del incremento de temperatura. La zona de calentamiento para su estudio se divide en 3 partes Túnel de calentamiento Sistema de aumento de temperatura e ingreso de calor Espesor de la pared aislante para la zona de calentamiento.

Zona de enfriamiento.-

37

Una vez que la vagoneta ha avanzado por la zona de cocción, se requiere enfriarla con mucho cuidado, sin producir disminuciones bruscas de temperatura que ocasionarían el shock térmico en todo el conjunto transportador. Para un estudio más puntual de eta zona también es necesario dividirla en varias partes. 

Túnel de enfriamiento



Espesor de la pared aislante de enfriamiento



Cámara de acumulación de calor



Mecanismo de tiro forzado y extracción de calor



Salido de las vagonetas.

4.3. INTERCAMBIO IÓNICO

El intercambio iónico es una operación de separación basada en la transferencia de materia fluido-sólido. En el proceso de intercambio iónico ocurre una reacción química en la que los iones móviles hidratados de un sólido son intercambiados por iones de igual carga de un fluido. 38

Este proceso consiste en pasar el fluido sobre un intercambiador catiónico y/o aniónico sólido, reemplazando los cationes y/o aniones por el ion hidrógeno (H+) y/o el ion hidroxilo (OH-) respectivamente. La eficiencia de este proceso depende de factores como la afinidad de la resina por un ion en particular, el pH del fluido, la concentración de iones, la temperatura y la difusión; éste último factor está en función de la dimensión del ion, carga electrostática, temperatura, estructura y tamaño del poro de la resina. Cuando el intercambiador iónico generalmente sólido posee en su estructura cargas negativas será capaz de retener e intercambiar iones cargados positivamente, llevándose a cabo la reacción de intercambio catiónico. Cuando el intercambiador iónico generalmente sólido posee en su estructura cargas positivas será capaz de retener e intercambiar iones cargados negativamente, llevándose a cabo la reacción de intercambio aniónico Los primeros productos empleados en la industria como intercambiadores iónicos fueron las zeolitas inorgánicas de origen natural, como los silicatos de aluminio; después se introdujeron los intercambiadores iónicos orgánicos, hechos a partir de productos naturales sulfonados como el carbón, la lignita y la turba; sin embargo, en la actualidad se utilizan resinas sintéticas en su mayoría de poliestirenodivinilbenceno conocidas como resinas de intercambio iónico. 4.3.1. RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO Son pequeñas sustancias granuladas o esféricas insolubles en agua, compuestas por una alta concentración de grupos polares, ácidos o básicos, incorporados a una matriz polimérica reticulada por la acción de un agente entrecruzante. Reaccionan como ácidos, bases o sales, pero tienen la peculiaridad de tener sólo cationes o aniones con la habilidad de tomar parte de la reacción química por su capacidad de migración. Como la concentración de grupos polares en la resina es un número finito, éstas tienen una capacidad definida de intercambio. La ventaja de las resinas de intercambio iónico es que tienen habilidad para recuperar la capacidad original mediante el tratamiento con una solución que puede ser ácido, base o sal (según la resina y el uso) que desplace los iones retenidos por la resina y los remplace 39

por iones deseados. Este procedimiento se llama regeneración y se realiza cuando la resina agota su capacidad, permitiendo de ésta manera utilizar la resina una y otra vez. Las resinas sintéticas de intercambio iónico son pequeñas sustancias granuladas e insolubles que consisten en una matriz polimérica reticulada por la acción de un agente entrecruzante y con grupos inorgánicos que actúan como grupos funcionales; el entrecruzamiento confiere a la resina estabilidad y resistencia mecánica, así como insolubilidad. El grado de entrecruzamiento es un factor importante de controlar ya que no sólo determina las propiedades mecánicas de la resina sino también su capacidad de hincharse (swelling) y de absorber agua. El hinchado del polímero se produce cuando el disolvente penetra en los poros de la estructura polimérica, ensanchándolos y abriendo la estructura. El proceso de hinchamiento favorece la permeabilidad de iones en la matriz de la resina y mejora la accesibilidad a los grupos funcionales. Actualmente se realizan investigaciones para el desarrollo de nuevas resinas poliméricas de intercambio iónico ya que en el futuro éstas serán de gran utilidad e importancia en el tratamiento de agua para consumo humano, en aplicaciones industriales y medio ambiente. Tipos de resina según su estructura de red.Microporosas o Tipo Gel.Son resinas convencionales originadas a partir de la polimerización del divinilbenceno y el estireno. Los grupos de intercambio están distribuidos estadísticamente en la partícula, es muy difícil describir la porosidad ya que la distancia entre los enlaces cruzados y las cadenas varía considerablemente. Macroporosas o Macroreticulares.Son resinas formadas por el polímero de poliestireno y divinilbenceno, como las de tipo gel, pero su apariencia es diferente a las de gel (CIDI, 1999) ya que durante la síntesis de esta resina se utiliza un co-solvente que actúa interponiéndose entre las cadenas poliméricas creando grandes superficies internas. Este disolvente se elimina una vez formada la estructura rígida del polímero. Las perlas tienen una 40

relación área/volumen mayor que las de tipo gel siendo mayor la capacidad de intercambio favoreciendo la difusión de los iones y mejorando por lo tanto la cinética de intercambio. Isoporosas.Se caracterizan por tener un tamaño de poro uniforme con lo que aumenta la permeabilidad de los iones en el interior de la red; son resinas de alta capacidad, regeneración eficiente y un costo más bajo que las resinas macroporosas. Tipos Según su Grupo Funciona.Resinas Catiónicas de Ácido Fuerte.Se producen por sulfonación del polímero con ácido sulfúrico, el grupo funcional es el ácido sulfónico (-SO3H) que es altamente ionizable, intercambian iones positivos (cationes). Estas resinas operan a cualquier pH, requiere de excesivas cantidades de regenerante y es la resina más utilizada. Resinas Catiónicas de Ácido Débil.El grupo funcional es un ácido carboxílico (COOH) presente en uno de los componentes del copolímero principalmente el ácido acrílico o metacrílico. Son resinas altamente eficientes, tienen menor capacidad de intercambio, no son funcionales a pH bajos, elevado hinchamiento y contracción lo que hace aumentar las pérdidas de carga o provocar roturas en la columna cuando no cuenta con suficiente espacio en su interior. Se trata de una resina muy eficiente, requiere menos ácido para su regeneración, aunque trabajan a flujos menores que las de ácido fuerte. Las resinas catiónicas débiles están sujetas a una menor capacidad por un aumento en la velocidad de flujo. Estas resinas fijan los cationes de calcio, magnesio, sodio y potasio de los bicarbonatos y liberan ácido carbónico. Los cationes unidos a los aniones sulfatos, cloruros y nitratos no son intercambiados. Resinas Aniónicas de Base Fuerte.Se obtienen a partir de la reacción de copolímeros de estireno-divinilbenceno clorometilados con aminas terciarias. El grupo funcional es una sal de amonio cuaternario, (R4N+). Intercambian iones negativos y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente sosa. 41

Resinas Aniónicas de Base Débil.Resinas funcionalizadas con grupos de amina primaria (-NH2), secundaria (-NHR) y terciaria (-NR2). Suelen aplicarse a la adsorción de ácidos fuertes con buena capacidad pero su cinética es lenta. Se trata de una resina muy eficiente, requiere menos sosa para su regeneración, no se puede utilizar a pH altos, pueden sufrir problemas de oxidación o ensuciamiento, deben ser usadas en aguas con niveles elevados de sulfatos o cloruros, o donde no se requiera la eliminación de la alcalinidad y del silicio, fijan los aniones de los ácidos fuertes como sulfatos, cloruros y nitratos, pero no los aniones débiles del ácido carbónico (H2CO3), ni del ácido silícico (H2SiO3). Resinas Quelatantes En estas resinas el grupo funcional tiene las propiedades de un reactivo específico ya que forman quelatos selectivamente con algunos iones metálicos. Los átomos más frecuentes son azufre, nitrógeno, oxígeno y fósforo que forman enlaces de coordinación con los metales. Son poco utilizadas en la industria por ser más caras que las anteriores y por tener una cinética de absorción más lenta. 4.3.2. SELECTIVIDAD Una consideración importante al determinar la posibilidad de una reacción de intercambio iónico, es la preferencia observada de ciertas resinas por ciertos iones que poseen unas características de carga similares; el que un equilibrio sea favorable para un sistema iónico determinado depende mayormente de la selectividad de la resina. Actualmente se conocen las razones de las selectividades de las resinas; en general, la selectividad depende de la carga y el tamaño de los iones. La influencia más importante es la magnitud de la carga del ion ya que una resina prefiere contraiones de elevada valencia. Así, para una serie de aniones típicos encontrados en los tratamientos de agua podrían esperarse el orden de preferencia siguiente: PO4 3- > SO4 2- > Cl-.. De una forma similar para una serie de cationes: Th4+ > Nd3+ > Ca2+ >Na+. Un segundo factor que influye en la selectividad iónica es la presión de hinchamiento de la resina. En un disolvente polar como el agua los grupos activos 42

de la resina y los iones móviles en las fases resina y disolución tienden a solvatarse. La solvatación o hidratación de los iones ejerce una presión de hinchamiento dentro de la resina, ésta presión esta incrementada por las fuerzas de repulsión entre los grupos iónicos fijos y está contrarrestada por los enlaces de reticulación que unen a la partícula. Para una resina y solución electrolítica en agua el radio de solvatación influye en las variables que afectan a la presión con el resultado de que las resinas prefieren los iones con menor radio de solvatación. En general los iones multivalentes hidratados son adsorbidos con prioridad debido a que su tamaño es inferior al de una unidad cargada equivalente de iones de menor carga. En una serie iónica de igual carga el ion con menor radio en la fase en disolución ocupa el primer lugar de la serie. A continuación se da el orden de preferencia para los metales alcalinos: Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+ y para los alcalinotérreos: Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ > Be2+. Se observa que para cada serie la preferencia aumenta con el número atómico y el radio iónico y disminuye con el radio de solvatación. De forma similar, para una serie aniónica monovalente se obtiene: CNS- > ClO4 - > I- > NO3 - > Br> CN- > HSO4 - >NO2 - > Cl- > HCO3 - > CH3COO- > OH- > F-. El tercer factor que influye en la selectividad es la interacción iónica dentro de la resina y en el volumen de la disolución. La resina prefiere como regla general los contraiones que presentan mayor afinidad para los grupos iónicos fijos; la resina adsorberá con prioridad los iones que pueden formar precipitados o complejos con los grupos iónicos de la resina. El último factor significante en la selectividad iónica es la acción tamizadora o de filtración. Los iones orgánicos y complejos inorgánicos son en su mayoría demasiado grandes para penetrar la matriz de la resina. Este efecto es mucho más pronunciado para resinas que tengan un grado elevado de reticulación; de hecho, el grado de reticulación influye en la selectividad de la resina. Cuanto mayor sea el grado de reticulación mayor es la selectividad de una resina para un ión por encima de otro, cuando la reticulación disminuye el efecto de éste factor disminuye llegando a ser despreciable. 43

4.3.3. DISEÑO DE PARÁMETROS DEL INTERCAMBIADOR IONICO Determinación de la Capacidad de la Resina.Se define como capacidad de la resina al valor de la concentración de iones que pueden ser retenidos por una unidad de peso de resina. Suele expresarse como meq de soluto retenidos/g resina seca. La capacidad de la resina es un parámetro fundamental para la selección del intercambiador ya que generalmente se requieren capacidades altas para la separación o purificación a realizar. La determinación de la capacidad máxima de una resina catiónica se realiza intercambiando ésta con una disolución básica, se produce una reacción irreversible entre el catión saliente de la resina con los iones OH- de la disolución de tal forma que si existe suficiente concentración de soluto llega a agotarse la capacidad total de la resina. Para el cálculo de la capacidad de la resina en lecho fijo en unas condiciones determinadas es necesario conocer cuál es la cantidad total de soluto retenido por la misma. Este valor se puede determinar a partir de la curva de ruptura del sistema en función del volumen eluído (Figura 3.6). Se calcula el área de la zona comprendida entre la curva de ruptura y la línea recta horizontal correspondiente a la concentración de la disolución de entrada y se divide este valor entre el peso total de resina contenido en la columna.

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Fracción de Lecho Utilizado.La fracción de lecho utilizado en el punto de ruptura o a cualquier tiempo de la operación se puede determinar a partir de la cantidad de soluto retenida en ese punto y la capacidad de la resina

La cantidad de soluto retenido a un tiempo dado se calcula determinando el área de la zona comprendida entre el tramo correspondiente de la curva de ruptura y la línea recta horizontal que corresponde a la concentración de la disolución de entrada.

Longitud de Lecho no Utilizado.-

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Una vez iniciada la operación de intercambio el perfil de concentración en la zona de transferencia de materia adquiere pronto su forma característica y una anchura que no varía al desplazarse a través del lecho. Por tanto, sí se utilizan diferentes longitudes de lecho manteniendo constante el resto de las condiciones se obtendrán curvas de ruptura de la misma forma. En lechos de gran longitud la zona de transferencia representa una fracción menor de forma que se utiliza una mayor fracción y longitud de lecho. La longitud de lecho no utilizado en un punto determinado se puede calcular a partir de la fracción del lecho utilizado y la longitud del lecho.

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4.3.4. APLICACIONES

El intercambio iónico se utiliza ampliamente en las industrias de alimentos y bebidas, hidrometalúrgica, acabado de metales, química y petroquímica, farmacéutica, azúcar y edulcorantes, agua subterránea y potable, nuclear, ablandamiento industrial del agua, semiconductores, energía, y otras muchas industrias. Un ejemplo típico de aplicación es la preparación de agua de alta pureza para las industrias energética, electrónica y nuclear. Los intercambiadores de iones polímericos o minerales son ampliamente utilizados para ablandamiento del agua, purificación de agua,2 descontaminación, etc El intercambio iónico es un método ampliamente utilizado también en el hogar como en los detergentes de lavado, o en los filtros de agua) para producir agua blanda. Esto se logra mediante el intercambio de cationes calcio Ca2+ y magnesio Mg 2+ por Na 1+ o H +.

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La cromatografía de intercambio iónico industrial y de análisis es otra área que debe ser mencionada. La cromatografía de intercambio iónico es un método cromatográfico que se utiliza ampliamente para el análisis químico y la separación de los iones.3 Por ejemplo, en bioquímica es ampliamente utilizado para separar moléculas cargadas, tales como proteínas. Un área importante de aplicación es la extracción y purificación de sustancias de origen biológico, tales como proteínas (aminoácidos) y ADN/ARN. Los procesos de intercambio de iones se utilizan para separar y purificar metales, incluyendo la separación de uranio, plutonio y otros actínidos, incluyendo torio y lantano, neodimio, iterbio, samario, lutecio, extrayendo cada uno de ellos por separado y del resto de los demás lantánidoss.4 Estos dos grupos de metales, lantánidos y actínidos, poseen características físicas y químicas muy similares. Utilizando métodos desarrollados por Frank Spedding en la década de 1940, el intercambio iónico solía ser la única forma práctica de separar estos metales en grandes cantidades, hasta el advenimiento de las técnicas de extracción con disolventes que pueden ser ampliadas enormemente. Un ejemplo muy importante es el proceso PUREX (Plutonium-URanium EXtraction process, proceso de extracción de plutonio-uranio) que se utiliza para separar el plutonio y el uranio entre los productos presentes en el combustible gastado de un reactor nuclear, y poder eliminar los productos de desecho. De este modo, el plutonio y el uranio están disponibles para ser empleados como materiales relacionados con la energía nuclear, como nuevo combustible de reactor y armas nucleares. El proceso de intercambio iónico se utiliza también para separar otros conjuntos de elementos químicos muy similares, tales como circonio y hafnio, que por cierto son también muy importantes para la industria nuclear. El circonio es prácticamente transparente a los neutrones libres, y se utiliza en la construcción de reactores, pero el hafnio es un absorbente de neutrones muy fuerte, usado en las barras de control del reactor. 48

Los intercambiadores de iones se utilizan en el reprocesamiento del combustible nuclear y el tratamiento de los residuos radiactivos. Las resinas de intercambio iónico en forma de finas membranas de intercambio de protones se utilizan en el proceso cloro-álcali, las células de combustible, y las baterías redox de vanadio. El intercambio iónico también se puede utilizar para eliminar la dureza del agua debida al calcio y el intercambio de iones magnesio por iones de hidrógeno y cloro en una columna de intercambio iónico.

CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5. 1 CONCLUSIONES a) El proceso que requiere la producción de tortillas chip demostró que la aplicación de la Ingeniería es esencial, ya sea para las primeras etapas de almacenamiento de materia prima, como también por la variedad de equipos que se emplean en el diseño de las plantas de producción. b) El análisis de producción de la empresa industrial “La Mejicana”, productora de tortillas chip, de acuerdo a la planta de producción de esta empresa se destacó la sección de hervido, horneado, freído y envasado. Sin embargo la empresa no cuenta con la sección de sazonado automatizado. c) En el diagrama de flujo presentado conforman tanto los equipos como las operaciones que indican todo el proceso de tortillas chip. Dentro de los equipos principales están: Silos de almacenamiento, tanques de agitación, hervidores de maíz, horneado, freído, sazonado y máquinas de embolsado. d) Además es importante mencionar que la limpieza de las instalaciones utilizadas en la producción es sumamente fundamental, ya que depende de su eficiente control para llegar a propiedades capaces de cumplir con los registros estandarizados para llevar el producto a la venta. 49

5.2. RECOMENDACIONES La empresa industrial “La Mejicana”, a modo de crecer en el mercado nacional y mejorar la calidad de sus productos, instale equipos de sazonado y automatización de transporte entre procesos, de esta manera se garantizaría al cien por ciento la alta calidad de las tortillas chip.

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BIBLIOGRAFÍA

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