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“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”

Universidad Nacional de Callao Escuela profesional de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Química

“DISEÑO DE UNA PLANTA INDUSTRIAL PARA LA PRODUCCIÓN DE BRIQUETAS A PARTIR DE LA

Curso: DISEÑO DE PLANTAS INDICE Profesor: Ing. MACHACA GONZALES, RESUMEN.............................................................................................................. LEONARDO I.

INTRODUCCIÓN...............................................................................................

Integrantes: II. CREACIÓN, ORGANIZACIÓN, PLANIFICACIÓN, PROGRAMACIÓN, EVALUACIÓN Y CONTROL PARA EL PROYECTO

DURAN HUAMANI, CARLOS DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA INDUSTRIAL..................................................... 2.1.

Creación del proyecto de una planta industrial:.......................................

2.2.

Organización del proyecto de una planta industrial:................................

MARIANO NANCAY, WILLY

TAMARA LUNA, CHRISTIAN 2.3. Planificación del proyecto......................................................................... 2.4.

Ciclo: X

Programación del proyecto de una planta industrial................................

III. LOCALIZACIÓN Y TAMAÑO DE PLANTA..........................................................

2014

3.1

Localización de la planta:..........................................................................

3.2

Tamaño de planta:.................................................................................... 1

IV. INGENIERÍA DEL PROCESO............................................................................ 4.1.

Diseño del producto..................................................................................

4.2.

Análisis de materia prima.........................................................................

4.2.1.

Propiedades de la cascarilla del café..............................................

4.3.

Análisis y selección de tecnología............................................................

4.4.

Descripción de la tecnología seleccionada...............................................

4.5.

diseño de la tecnología seleccionada......................................................

4.6.

balance de materia y energía...................................................................

4.7.

Diagrama de bloques................................................................................

4.8.

Evaluación del costo total de producción.................................................

4.9.

Inversión total ICF, capital de trabajo.......................................................

4.10. Evaluación económica VANE, VANF, TIRE TIRF................................... V.

DISEÑO DETALLADO DE INGENIERIA............................................................ 5.1.

DISEÑO DE EQUIPOS PRINCIPALES............................................................

5.1.1. 5.2.

Diseño del horno.............................................................................

Diseños de quipos de uso genérico..........................................................

5.2.1.

diseño de la zaranda.......................................................................

5.2.2.

diseño del molino............................................................................

5.2.3.

diseño del mezclador......................................................................

5.2.4.

maquina compactadora..................................................................

5.3.

listado de equipos.....................................................................................

VI. Discusión de resultados................................................................................ VII. Conclusiones y recomendaciones................................................................. VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS....................................................................

2

RESUMEN Se ha diseñado la planta industrial para la industrialización de briquetas a partir de cascarilla de café. Esta planta de acuerdo a diversos estudios hechos ha sido ubicada en Lima, en el distrito de santa Anita. Para la obtención de las briquetas usamos como materia principal la cascarilla de café que es el 12% peso del grano de café que vamos a obtener de Junín, el proceso consta de diversos procesos como pre-tratamiento (triturado, molienda y tamizado), densificado y posterior secado de las briquetas.

3

I.

INTRODUCCIÓN

En nuestro país el Ministerio de Energía y Minas ha establecido como meta, para la nueva matriz energética nacional, reducir el consumo de petróleo a 33% y, el crecimiento del consumo de gas y de las energías renovables a 34% y 33% respectivamente. En este contexto, en el campo de la biomasa energética, los esfuerzos se concentran en la producción y empleo de biodiesel y bioetanol (combustibles líquidos generados a partir de cultivos energéticos) destinados principalmente a satisfacer las necesidades del sector transporte, existiendo un nicho aún no explotado en lo referente a la investigación, desarrollo y empleo de la biomasa residual como fuente de energía. Consciente de esta realidad nosotros iniciamos

investigaciones sobre las posibilidades de aprovechamiento de la

biomasa residual como fuente de energía alterna, limpia y sustentable. Realizamos un estimado, a nivel nacional, del potencial energético existente de la biomasa residual. Así por ejemplo, anualmente se dispone de gran cantidad de cascarilla de café, residuos que poseen en promedio un poder calorífico aproximadamente de 4458 Kcal/Kg. y que, no son aprovechados, encontrándose acumulados en las cercanías de los centros de generación (molinos, aserraderos, campos de cultivo) generando la aparición de plagas y contaminación razón por la cual, en la mayor parte de los casos, son quemados con los problemas ambientales y sanitarios que esto genera, Con la finalidad de transformar estos residuos biomásicos caracterizados por su naturaleza heterogénea, baja densidad energética y, en muchos casos, por su elevado contenido de humedad, en un producto más uniforme, de fácil manipulación y transporte, comparados con los materiales de origen se han realizado diversos procesos para transformarlo en biocombustibles-solidos(briquetas).

En

el

presente

informe

se

pretende

industrializar la cascarilla de café, obteniendo como principal producto las briquetas. Desarrollando así

un proyecto con dos aspectos importantes lo 4

económico y ambiental, esperando de esta manera generar una futura rentabilidad para sus inversionistas y personas involucradas en el desarrollo del mismo.

II. CREACIÓN, ORGANIZACIÓN, PLANIFICACIÓN, PROGRAMACIÓN, EVALUACIÓN Y CONTROL PARA EL PROYECTO DE INSTAL ACIÓN DE UNA PL ANTA INDUSTRIAL

II.1.

C R E AC I Ó N

D E L P R O YE C TO DE UN A P L AN TA I NDUS TRI AL :

Es imposible negar la creciente escasez de los combustibles fósiles, y el daño ambiental que produce su explotación y utilización en la industria y el alto costo que implicaría utilizar la generación de energía aprovechando fuentes naturales. Este hecho obliga a las industrias a buscar fuentes alternativas de generación de energía, ante la necesidad de desarrollar alternativas tecnológicas que permitan la utilización de elementos desechados en procesos productivos para aprovechar su potencial y contribuir a la disminución del impacto ambiental que puedan generar por una inadecuada disposición, surge la oportunidad de aprovechar productos vegetales de desecho que permitan innovar en el área de los materiales de ingeniería. La utilización de desechos como fuente de obtención de energía representa un importante avance en esta dirección, viable desde el punto de vista técnico, además de ser muy conveniente desde el punto de vista económico y ecológico,

siguiendo así la tendencia de los últimos anos de las políticas en

caminadas al uso sostenible y el aprovechamiento adecuado de los recursos. En la industria cafetera

el principal desecho que se genera es la cascarilla que

recubre el grano de café, ya que en la actualidad es gran parte desechada por los productores de café desaprovechando de esta manera su utilización en la fabricación de algún producto en general.

5

En el mercado local no existen empresas o personas quienes procesan productos residuales denominados biomasa, a partir cascarilla de arroz, cascara de coco, cartón, entre otros. Es por eso que la elaboración de briquetas derivada de la cascara de café es una alternativa utilizadas para generar energía, ya que estimula el buen uso de los recursos renovables a beneficios del medio ambiente, además de contar con una gran disponibilidad debido a que el Perú es uno de los grandes productores de café en el mundo. La elaboración de las briquetas que se realizara es en base a la utilización de residuos y desechos provenientes de cascara de café debidamente triturado y compactado. Las briquetas (biomasa), se caracteriza no solo por el alto poder calorífico, sino también por la protección del medio ambiente; ya que al incinerarlo no genera ningún tipo de gases tóxicos, asimismo no ensucia y/o mancha las manos a diferencia del carbón o leña convencional y su rendimiento es 30% más que los productos de uso frecuente. La maquinaria y equipo requerido por el proyecto se encuentra disponible en el mercado nacional. El desarrollo de este nuevo producto implica varios aspectos importantes, de esto dependerá el éxito del mismo. Se debe tener en cuenta que el mercado de las briquetas puede ampliarse en muchos ámbitos y no solo centrarse en los comedores o asaderos de parrilla, si no que puede buscar potenciales consumidores de carbón a nivel mundial, por ejemplo los países que sufren fuertes épocas de frio y que necesitan una fuente de calor para tratar de apaciguar el mismo, en la actualidad esa fuente de calor es alimentada con leña o gas propano, surgiendo así un potencial mercado donde en futuro se puede ampliar la comercialización de las briquetas. La briqueta es un producto comercializable en el mercado por tal motivo se le puede asignar la categoría de un proyecto de tipo económico, pero lo interesante del mismo es que también tiene un enfoque ambiental debido a la optimización de uno de los principales desechos de cultivo de café como es la cascarilla, eliminando de esta manera un elemento contaminante del medio Ambiente. 6

Siendo así el producto presenta dos aspectos importantes para su desarrollo, económico y ambiental, esperando de esta manera generar una futura rentabilidad para sus inversionistas y personas involucradas en el desarrollo del mismo.

Para el diseño del producto, analizamos: Cascarilla de café La cascarilla de café también llamada cisco es una envoltura cartilaginosa de color blanco amarillento de aproximadamente 100 micrómetros de espesor y que corresponde al endocarpio (pergamino) del fruto, la semilla se encuentra en una forma suelta dentro de esta. Esta se extrae mediante el proceso de trillado donde ocurre una separación, a continuación se presentan las características físicas y químicas.

Propiedades de la cascarilla del café

Para aprovechar de manera eficiente este residuo y someter el mismo a un sinnúmero de tratamientos con la finalidad de obtener productos orgánicos, es necesario conocer las propiedades tanto químicas como físicas de la cascarilla del café, ya que dichas características determinan el tipo de combustible o subproducto energético que se puede generar. De acuerdo a estudios realizados por (Palacios& Betancurt, 2005), la cascarilla del café presenta las siguientes propiedades: 7

•

El poder calorífico es de aproximadamente 4458 Kcal/Kg.

•

El porcentaje de cenizas es de aproximadamente 0.6%.

•

Su humedad promedio es de 5.4 %.

•

El Material volátil es de 87.7 %.

•

Densidad aparente promedio 0.33 g / cm3.

•

El tamaño de las partículas oscila entre 0.425 y 2.36 mm de diámetro.

Tomando en cuenta estas propiedades sobre todo el poder calorífico se puede considerar una materia prima apta para la elaboración de briquetas.

Uso de la cascarilla del café para la fabricación de briquetas Por el alto contenido de celulosa y su poder calorífico la cascarilla de café se utiliza como material de combustión en el secado del café, al igual se ha centrado en las aplicaciones como el biocompost y sustratos de algunos cultivos. Como resultado de algunas investigaciones se encontró que a partir de este producto se puede obtener plásticos, cartones, briquetas y como ingrediente en concentrado para alimentación en búfalos, entre otras. Aprovecharemos las cascarillas de café para elaborar briquetas ecológicas (energía alternativa), reduciendo las emisiones de gases tóxicos por uso de leña y carbón. En la actualidad, el mercado relacionado con la venta de briquetas se le refiere como un mercado inmaduro, debido a que son pocos locales comerciales que la distribuyen muchas veces por la falta de demanda en la sociedad actual. 8

Para establecer la empresa y tener una correcta aceptación en el mercado es importante que el producto tenga una excelente calidad y cumpla además eficientemente su principal objetivo que es el de convertirse en una de las principales fuentes de calor del medio. El poder calorífico de la cascarilla de café es similar a la de la madera y al de otros residuos agrícolas, esta es una de las principales características que será tomada en cuenta para plantear al mercado un nuevo producto como es la briqueta de cascarilla de café.

Usos del producto: Se pretende con este producto revolucionar el mercado cambiando la cultura de la sociedad para que deje de utilizar leña o carbón vegetal por un producto nuevo e innovador como las briquetas, producto que cumple las mismas funciones que los mencionados anteriormente pero que persevera la integridad de la naturaleza y del planeta entero. Entre sus principales características se puede mencionar       

Mantiene un color constante. Disminuye los residuos. Posee mayor temperatura y más llamas. Alto poder calorífico y de brasas. Reducción del espacio utilizado por el stock Ayuda a conservar el medio ambiente. Puede ser utilizada en calderas industriales, hornos de panaderías, pizzerías, clubes, hoteles, residencias para fogatas y restaurantes

Las briquetas tienen mayores condiciones en relación a otros combustibles y se encuadra a las normas ISO 14.000, pues su extracción no degrada al medio ambiente.

9

El producto ofrecido será una briqueta cilíndrica de fácil utilización y ágil manejo, un producto que en diferencia al carbón vegetal no deja suciedad al momento de manipularlo eliminando de esta manera las molestas mancha negras en las manos. El producto se ofrecerá en fundas de varias presentaciones diferenciadas por la masa que contiene cada uno de ellas.

II.2.

O R G AN I Z AC I Ó N

D E L P RO YE C TO DE UN A PL AN TA I NDUS TRI AL :

Propietario Propietario del del proyecto proyecto

Gerente Gerente general general deproyecto deproyecto

Prefactibilidad Prefactibilidad yy factibilidad factibilidad

Estudio Estudio de de mercado mercado

Diseño del Diseño del proceso proceso

Diagrama del Diagrama del proceso proceso del del bloques bloques yy flujo flujo (representación (representación de equipos) de equipos)

escala banco escala banco

Evaluación del Evaluación del proceso proceso

Especificación Especificación del del proceso proceso (condiciones (condiciones del del proceso) proceso)

Diseño detallado Diseño detallado de ingeniería de ingeniería

Diseño Diseño detallado detallado de de equipos equipos principales principales

Instrumentación, Instrumentación, cableados cableados yy automatización automatización

Adquisición Adquisición de de equipos equipos yy materiales materiales de de construcción construcción Compras, Compras, despacho ee despacho inspección inspección

Construcción Construcción

Montaje de los Montaje de los equipos, equipos, instrumentación instrumentación en el panel panel de de en el control, control, instalación instalación eléctrica, área eléctrica, área del del proceso, proceso, área área administrativa administrativa

Operación Operación

Datos de Datos de información del del información proceso proceso

Puesta en Puesta en marcha marcha

Estructura Estructura yy disposición disposición de de equipos equipos

10

II.3.

P L AN I F I C AC I Ó N

D E L P RO YE C TO

Los pasos a dar durante la planificación del proyecto son: 1. Formulación y evaluación del proyecto. 1.1. Análisis Generales. 1.2. Análisis de mercado. 1.3. Análisis de producción. 1.4. Análisis de inversiones. 1.5. Análisis de presupuesto de ingresos y egresos. 1.6. Análisis de proyección e indicadores financieros. 1.7. Aprobación del proyecto. 2. Administración general del proyecto. 2.1. Contratación de la gerencia del proyecto. 2.2. Ejecución de la gerencia del proyecto.

11

II.4.

P R O G R AM AC I Ó N

D E L P RO YE C TO DE UN A P L AN TA I NDUS TRI AL

La programación del proyecto de la planta industrial será desarrollada en el software Microsoft Project 2013. id

ACTIVIDAD

Tiempo estimado (días)

1

Planificación del proyecto de una planta industrial.

2

1. Formulación y evaluación del proyecto.

3

1.1. Análisis generales.

158 19

4

1.1.1. Análisis del producto.

5

4

1.1.2. Justificación del proyecto.

4

5

1.1.3. Formalización del proyecto.

4

6

1.1.4. Análisis de la ventaja competitiva.

10

7

1.1.5. Análisis del perfil del consumidor.

10

8

1.2. Análisis de mercado.

32

9

1.2.1. Análisis de la oferta del sector.

20

10

1.2.2. Análisis de la demanda potencial.

20

11

1.2.3. Diseño de estrategias de marketing.

12

12

1.3. Análisis de producción.

52 12

13

1.3.1. Diseño del proceso productivo.

30

14

1.3.1.1.

Ingeniería de detalle.

15

15

1.3.1.2.

Expedientes técnicos.

15

16

1.3.2. Plan de explotación de terreno.

10

17

1.3.3. Plan de requerimiento de insumos.

7

18

1.3.4. Plan para requerimiento de servicios

7

mecanizados. 19 20

1.3.5. Plan para el requerimiento de puestos. 1.4. Análisis de inversiones.

5 23

21

1.4.1. Inversión en activos fijos tangibles.

9

22

1.4.2. Inversión en activos intangibles.

9

23

1.4.3. Capital de trabajo.

5

24

1.5. Análisis de presupuesto de ingresos y egresos.

12

25

1.6. Análisis de Proyección e indicadores financieros.

20

26

1.7. Aprobación del proyecto.

26

2. Administración general del proyecto.

27

2.1. Contratación de la gerencia del proyecto.

28

2.2. Ejecución de la gerencia del proyecto.

29

2.2.1. Administración del contrato de suministro de

0 176 15 161 9

equipos. 30

2.2.2. Estudio de impacto ambiental.

31

2.2.3. Gestión de la construcción de servicios.

32

2.2.4. Gestión de los trabajos civiles.

15 7 110

33

2.2.4.1.

Desarrollo de ingeniería de campo.

30

34

2.2.4.2.

Administración del contrato de obras de

80

campo. 35

2.2.4.2.1.

Constitución del contrato de obras

5

de campo. 13

36

2.2.4.2.2.

Fabricación de estructuras

40

metálicas. 37

2.2.4.2.3.

Construcción de obras civiles.

38

2.2.5. Puesta en marcha.

39

2.2.6. Aceptación y cierre del proyecto.

ACTIVIDAD

1

2

3

Formulación y

x

x

x

35 0

4

5

6

20

7

8

9

10

evaluación del proyecto. Análisis

x

x

generales. Análisis de

X

mercado. Análisis de

x

X

producción. Análisis de

X

inversiones. 14

11

12

Análisis de

x

presupuesto de ingresos y egresos. Análisis de

x

x

proyección e indicadores financieros. Aprobación del

X

X

proyecto. Administración

X

X

general del proyecto. Contratación de la

X

gerencia del proyecto. Ejecución de la

X

X

X

x

gerencia del proyecto. Puesta en

x

marcha.

15

x

III.

LOCALIZACIÓN Y TAMAÑO DE PLANTA 3.1

L O C AL I Z AC I Ó N



D E L A P L AN TA :

Producción de cafe(TM):

Localidad San martin (Moyobamba) Junín (Chanchamayo) Cajamarca (Jaén) 

Producción 5307.3090 6779.4280 5901.4318

Ciudades: Ciudad

Distancia al

Distancia al

San martin (tarapoto) lima (santa anita) cajamarca (cajamarca)

puerto 593 km 30km 219km

aeropuerto 300 km 30km 5km



Mano de obra: Ciudad San Martin Lima Cajamarca 

PEA 455 315 2742500 910 981

% 0.111 0.667 0.222

Clima:

Localidad San Martin lima Cajamarca

T máxima (°C) 29.2 25.9 21.6

T mínima(°C) 18 15.5 5.6

T media (°C) 23.6 20.7 13.6 16



Facilidades de transponte:

Localidad San martin

Ciudad Moyobamba -

Distancia 113 km

Lima Cajamarca

tarapoto Lima – Junín Cajamarca - Jaén

200km 150km



Abastecimiento de agua:

Ciudad San martin Lima Cajamarca

Miles m3 255641 748391 379842

Existen 3 posibles lugares de ubicación de la planta de briquetas de cascara de café: LOCALIDAD 1 REGION San martin LOCALIDA D SITIO

San martin tarapoto

LOCALIDAD 2 REGION Lima LOCALIDAD SITIO

LOCALIDAD 3 REGION Cajamarc

Lima

LOCALID

a cajamarc

Santa

AD SITIO

a Asunción

anita



DISPONIBILIDAD DE ENERGIA ELECTRICA 17

Departame

Total

nto

distri

Distritos con energía eléctrica

to Total

Hidráulic Térmic

Sola

Otro

No

Sin

tien

informaci

e

ón

San Martín

77

43

a 15

a -

r -

2

17

-

Lima

103

82

69

4

-

7

47

1

Cajamarca

127

69

18

10

-

-

30

Para tener la posible ubicación de la planta vamos a asignar pesos relativos del 10 al 100 de la siguiente manera:

PESO RELATIVO

CALIFICACIONES DE LA

90 – 100 70 – 80 50 – 60 30 – 40 10 – 20

LOCALIZACION EXCELENTE MUY BIEN BUENA REGULAR INADECUADO

18

FACTORES DE

SELECCIO

SELECCIÓ

LOCALIZACION

N DE LA

N DE LA

REGION

LOCALIDA

LOCALIDAD 1 LOCALIDAD 2 LOCALIDAD 3 REGIO SITI REGIO SITI REGIO SITI N

O

N

O

N

O

D Y SITIO MERCADO MATERIA PRIMA

X X

TRANSPORTE

X

20 90 X

50

90 80 60

60

50 90 60

80 19

80

ABASTECIMIENT

X

X

50

50

90

90

60

60

X X

X X

80 60

80 60

80 100

80 100

60 70

60 70

O DE AGUA, ENERGIA, Y COMBUSTIBLE CLIMA MANO DE OBRA Y COMUNIDAD TIPO DE

X

90

90

90

PROCESO TRATAMIENTO

X

40

90

20

X

40

90

30

INCENDIO VALOR DE LOS

X

80

50

80

TERRENOS TOPOGRAFIA CARACTERISTIC

X X

40 40

100 100

60 70

AS DE TERRENO ANÁLISIS DE

X

40

100

60

AGUA EXISTENCIA DEL

X

50

100

60

X

40

100

60

DE DESPERDICIO FACILIDADES CONTRA

SISTEMA DE ALCANTARILLAD O VIAS DE ACCESO TOTAL

350

710

500

115

410

0 Ahora procedemos a evaluar la posible localización de la planta por el método de factores ponderados teniendo en cuenta los principales factores que determinan la localización de una planta: 20

800

Observamos que en los tres casos los sitios tiene mayor valor que las regiones por lo tanto los sitios son correctos, pero el sitio de Santa Anita en la región Lima tiene un valor ponderado más alto debido a las facilidades de los distintos factores de localización, por lo tanto la localización de la planta será en Santa Anita – Lima. 3.2

T A M AÑ O

D E PL AN TA :

Para evaluar el tamaño de planta se considerarán los siguientes aspectos: a) Tamaño de planta en función al mercado: Se determina en función a la demanda del proyecto. Este será el tamaño máximo de la planta. Datos de la producción de carbón vegetal para sustituir con las briquetas:

Año 2009 2010 2011 2012 2013

Demanda (TM/año) 33 124.05 33 410.48 34 829.24 35 367.96 36 115.81

Demanda (TM/año) 38000 36000 34000 32000 30000 2005

Demanda (TM/año) f(x) = 794.1x - 1562365.59 Linear (Demanda R² = 0.97 (TM/año))

2010

2015

21

Ta De sa m de A ñ o

an cr da ec (T im M/ ie añ nt o)

o (r)

2 35 0 36 1 7. 2 96 2 36 0 11 1 5. 3 81 36

2 95 0 1. 1 80 4 8

2. 11 44 84 41 2. 31 47 70 18

22

Hallando la tasa de crecimiento promedio: ´r =

2.31477018+2,11448441 × 100=0.02214627 2

Luego, hallamos R: R=´r + 1=0.02214627+1=1.02214627

Para determinar el tamaño máximo de la planta usaremos: T 0 =D1 ∙ ( R )η Para hallar

0

η0

hacemos:

2 ( 1−α ) ( R−1 ) ( N−η0 ) 1 =1− η α ( R+1 ) (R) 0

Siendo: 

α =0.6

… (para industrias químicas)

 N = 3 … (número de datos de demanda proyectados) Reemplazando datos: 2 ( 1−0.6 )( 1.02214627−1 ) ( 3−η 0) 1 =1− η 0.6 (1.02214627+ 1 ) ( 1.02214627 ) 0

⇒ η0 =1.2095 Reemplazando en la ecuación para el tamaño de planta: T 0 =35 367.96× ( 1.02214627 )1.2095

23

⇒ T 0=36317.5081TM /año Agarraremos el 0.5% de la demanda ⇒ T 0=181.58 .75TM /año Usaremos un tamaño de planta ⇒ T 0=150 TM /año b) Tamaño de planta en función a la materia prima: Se determina en función a la producción anual de la materia prima. Según datos del INEI, las producciones anuales de café (como fruto) son:

Año 2009 2010 2011 2012 2013

Producción (TM/año) 6612.8613 6522.1912 6593.1255 6641.8123 6779.4280

Graficando: Año 2009 2010 2011 2012 2013

Producción (TM/año) 793.543356 782.662944 791.17506 797.017476 813.53136 24

produccion de cascara de cafe 820 810 800 790 780 770 760 2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

Ajustando a modelos econométricos diversos y analizando el índice de correlación máximo: Modelo

Ecuación

A -

B

R2

Lineal

P=A+Bt

10130.285

5.433054

0.5735

10918

0.5732

5 Semilogarítm

P=A+B.ln

ico

t

Exponencial

P=A.Bt

Potencial

P= A.tB P=1/

Hiperbólico Inverso

(A+Bt) P=A+B/t

82244 275.07473 3 0.0009 0.0036892 8 5345.1745 83

1.02169276 0.0068 −4 0.45 ×10

-663.00634

0.5731 0.5719 0.2343 0.3476 25

Cuadrático

P=A+Bt2

292.20064

0.25339572

0.005297

7

2

37

Ajustamos estos datos a un modelo matemático y vemos que obedece al modelo lineal, con la ecuación: P=−10130.2855+5.433054 t

Siendo:  

P: Producción anual (en TM/año) A: Año de producción Proyectando la producción anual hasta el año 2014: Año 2013

Producción (TM/año) 813.53136 811.8852

2014

Esta última producción anual la usaremos como base para nuestros cálculos, por ser la del año en la que construiremos nuestra planta. Utilizando el 50% de esta producción.

Entonces,

operando

tenemos

disponible

para

industrializar:

⇒ Q PP=405.9426 TM /año Este sería nuestro tamaño respecto a la materia prima.

c) Tamaño de planta en función a la inversión: 26

Según datos de PromPERU (2008), para poder implementar una planta de procesamiento de sauco para consumo alimentario (obteniendo colorante natural y mermelada) a pequeña escala: Para obtener 460 TM netos de productos se invirtió $ 200.000 anual en un proyecto en ecuador, aproximadamente. El aporte de socios es: Categoría Socio A Socio B Socio C Socio D Inversión de socios Préstamo bancario Capacidad de inversión

Inversión $ 20000 $ 15000 $ 15000 $ 20000 $ 70000 $ 30000 $ 100000

Ahora, hallando el tamaño de planta mediante el método de Williams: I2 T2 α = I1 T1

( )

Tomaremos α=0.6 Reemplazando valores: T 0.6 $ 100000 = 2 $ 200000 460

( )

Resolviendo:

T 2 =144.89TM /año

d) Tamaño de planta en función al punto de equilibrio: I =CT CT=CF +CV I =P× QV CV =v ×Q P 27

p× QP =CF+ v × QP QP =QV =Q min p× Qmin =CF+ v Qmin Qmin =

CF =77120.10 Kg/año p−v

Tamaño de planta óptimo CF+U 82500+77964 Qoptimo = = =150000 Kg/año p−v 1.25−0.18024 p=1.25 $/ Kg

v =0.18024 $ / Kg año capacidad Inversión Demanda del Proyecto (Kg/año) Capacidad de Producció n (Kg/año) Ingreso por ventas ($/año) Costo fijo Utilidad individual Utilidad Total

0

1 90%

2 96%

3 98%

4 100%

5 100%

200000

220000

242000

266200

292820

135000

144000

147000

150000

150000

168750

180000

183750

187500

187500

82500 77964

82500 77964

82500 77964

82500 77964

82500 77964

-22036

55928

133892

211856

289820

-100000

-100000

28

IV.

INGENIERÍA DEL PROCESO

IV.1. D I S E Ñ O 

D E L P R O D U C TO

BRIQUETA DE CASCARILLA DE CAFÉ

Entre sus principales características se puede mencionar: 

Mantiene un calor constante. • Disminuye los residuos.

• Posee mayor temperatura y más llamas. • Alto poder calorífico y de brasas. • Reducción del espacio físico utilizado para el stock. • Ayuda a conservar el medio ambiente. • Puede ser utilizado en, hornos de panaderías, pizzerías, piscinas térmicas, clubes, hoteles, lavanderías y residencias, para fogatas y restaurantes.

La

Briqueta auxiliará a la naturaleza; ya que 1.000 kilos de briquetas corresponden a 3 árboles adultos. Además las cenizas pueden ser utilizadas en huertas, jardines, jarrones con flores, etc. La Briqueta tiene mayores condiciones en relación a otros combustibles y se encuadra a las normas ISO 14.000, pues su extracción no degrada el medio ambiente. El producto ofrecido será una briqueta cilíndrica de fácil utilización y ágil manejo, un producto que en diferencia al carbón vegetal no deja suciedad al momento de manipularlo eliminando de esta manera las molestosa mancha negras en las manos. El producto se ofrecerá al mercado en fundas de varias presentaciones diferenciadas por la masa que contiene cada una de ellas.

29

El embalaje se lo realiza según las presentaciones que se oferten al mercado y observado la demanda de las mismas. La principal característica a tomar en cuenta es la masa en kilogramos que cada funda contenga en sus respectivas presentaciones, puede ser de 5 kg, 10 kg, etc. Lugar del origen: Lima, Perú. IV.2. A N ÁL I S I S IV.2.1.

D E M ATE RI A P RI M A

P R O PI E D AD E S

D E L A C AS C ARI L L A DE L C AF É

Nuestro principal materia prima para producir briquetas es la cascarilla de café también llamada cisco es una envoltura cartilaginosa de color blanco amarillento de aproximadamente 100 micrómetros de espesor y que corresponde al endocarpio (pergamino) del fruto, la semilla se encuentra en una forma suelta dentro de esta. Esta se extrae mediante el proceso de trillado donde ocurre una separación. Debido a que somos uno de los principales productores de café en el mundo tenemos abundante materia prima ya que gran parte de la cascarilla de café es desechada originando impacto ambiental, a continuación se presentan las características físicas y químicas. Para aprovechar de manera eficiente este residuo y someter el mismo a un sin número de tratamientos con la finalidad de obtener productos orgánicos, es necesario conocer las propiedades tanto químicas como físicas de la cascarilla del café,

ya que dichas características determinan el tipo de combustible o

subproducto energético que se puede generar. De acuerdo a estudios realizados por (Palacios & Betancurt, 2005), el cisco o cascarilla

del café presenta las

siguientes propiedades: 

El poder calorífico es de aproximadamente 4000 Kcal/Kg.



El porcentaje de cenizas es de aproximadamente 0.6%.



Su humedad promedio es de 7.4 %.



El Material volátil es de 87.7 %.



Densidad aparente promedio 0.33 g / cm3. 30



El tamaño de las partículas oscila entre 0.425 y 2.36 mm de diámetro.

Tomando en cuenta estas propiedades sobre todo el poder calorífico se puede considerar una materia prima apta para la elaboración de briquetas. IV.3.

Análisis y selección de tecnología

Descripción de tecnologías Tecnología 1: producción de briquetas con aglomerante Tecnología 2: producción de briquetas sin aglomerante Ya molido la cascarilla de café y reducido el tamaño del mismo se procede a mezclarlo con un producto aglomerante el cual servirá como pegamento y ayudara a que la materia prima se compacte. Existe otro proceso de fabricación en el cual esta etapa puede ser omitida, ya que no se utiliza ningún producto aglomerante, debido a que la compactación se la realiza sometiendo la materia prima a elevadas presiones, obteniendo así un producto solido gracias a la presión impresa externamente. Esta otra manera de proceder es un poco eficaz desde el punto de vista técnico pero sus costos son muy elevados debido al mecanismo implementado para obtener la presión necesaria en el trabajo, se necesitan máquinas de mayor tecnología, de elevados costos lo cual representaría un valor adicional a las briquetas, siendo así poco favorable para el desarrollo del producto por lo que el precio final del mismo sufriría un alza y esto traería consecuencias trascendentales en la comercialización y ubicación del producto en el mercado actual. Analizando estos dos escenarios (compactación con y sin aglomerante) y tomando como principal característica el costo final del producto debido a que el mismo marcaría la diferencia en mercado, para este caso la mejor alternativa es el sistema de mezclar la materia prima con un producto aglomerante y no realizar la compactación sin el mismo. IV.4.

Descripción de la tecnología seleccionada

La tecnología seleccionada consiste en (secuencia): 31

Obtención de la materia prima La materia prima es el principal elemento para la elaboración de cualquier producto en general, de su calidad depende obtener un producto que cumpla las expectativas de los clientes. En el caso de las briquetas la materia prima utilizada es la cascarilla de café. Transportación de la materia prima Una vez identificado el lugar de obtención de la materia prima, la siguiente etapa es la transportación de la misma a la planta procesadora. La transportación se realizara por medio de tráileres transportadores de carga. Selección de la materia prima Una vez que se encuentra almacenada la materia prima en las bodegas de la planta, la siguiente etapa es la selección y clasificación de la misma. La etapa de selección consta de dos sub-etapas. En la primera sub-etapa se filtra la cascarilla de café por medio de unas zarandas vibratorias las cuales tiene una malla que por efecto del movimiento solo dejan pasar o caer la cascarilla dejando en la parte superior alguna impureza como ramas o espigas que dificulten en un futuro el proceso de fabricación de las briquetas. Una vez eliminadas las impurezas de mayor tamaño continúa el trabajo de la zaranda con la siguiente sub-etapa, en la cual deja caer las impurezas más pequeñas como el polvo o partículas de tierra que se encuentren mezcladas con la cascarilla de café, dejando solo en la superficie la cascarilla libre de impurezas listo para la siguiente etapa del proceso. Molienda de la cascarilla de café Cuando la materia prima se encuentra libre de impurezas, nos encontramos con la siguiente etapa del proceso que consiste en la molienda de la misma. Esta etapa es una de las más importante dentro el proceso para fabricar las briquetas, hasta aquí se consta con una materia prima (cascarilla de café) libre de impurezas de la que se puede decir esta lista para la compactación, pero surge la necesidad de un 32

etapa adicional antes de formar los bloques que es la molienda de la cascarilla de café, debido a la dificultad de compactarlo en su estado físico completo por su elevado volumen y por los espacios vacíos que quedan entre ellos, para lo cual se debe reducir su tamaño ganando de esta manera espacio y mayor unión entre las partículas agilitando así la solidifique de las briquetas. Mezclado Se procede a mezclarlo con un producto aglomerante con cierta cantidad de agua, el cual servirá como pegamento y ayudara a que la materia prima se compacte, después de una serie de pruebas se determinó que el aglomerante sea el almidón. Compactación de la mezcla Consiste en colocar la mezcla de la materia prima con el aglomerante en un recipiente el cual servirá como molde, ya que la briqueta toma la forma del mismo. Una vez colocada la mezcla en el recipiente, se la somete a una fuerza externa de presión para este caso dicha fuerza será de 5 a 1, obteniendo de esta manera un bloque sólido y compacto ya que la fuerza empleada sumado al aglomerante ayudan a unir las partículas de la materia prima. Al referirse a una fuerza de compactación de 5 a 1 la realidad de la misma es que si se tiene un volumen de materia prima de 25 cm3 al compactarlo se tendrá como resultado un bloque de 5 cm3 de material solido llamado desde ese momento como briqueta de carbón. Secado de las briquetas Como último proceso está el secado de la briqueta debido a que la materia prima comprimida esta con un pequeño porcentaje de humedad ya que fue mezclada con el aglomerante. Una vez comprimida se extrae la briqueta del molde para poder así secarla, este proceso utiliza hornos industriales de secado. Clasificación y embalaje de las briquetas

33

Cuando la briqueta está completamente seca se puede dar paso a unos de los procedimientos finales como es la clasificación y embalaje de las mismas. El embalaje se lo realiza según las presentaciones que se oferten al mercado y Inicio

observado la demanda de las mismas. La principal característica a tomar en cuenta es la masa en kilogramos que cada funda contenga en sus respectivas presentaciones, puede ser de 5 kg, 10 kg, etc.

Obtención de materia

Transportaci ón Bodegaje

.

Separación de Cascarilla de café libre de impurezas

Molienda Mezclado con

Compactació Secado Clasificación y embalaje

Control de calidad

Fin

34

Eliminación de impurezas (tierra y polvo)

IV.5.

DISEÑO

D E L A TE C NO L OG Í A S EL E C CIO N AD A

La cascarilla de café fue sometida a una serie de pruebas físicas, con la finalidad de determinar el porcentaje de humedad, materia seca, cenizas y distribución granulométrica. Las máquinas a validar (Máquina de tornillo helicoidal, Molde de madera y la Prensa manual) fueron comparadas a fin de detectar debilidades que pudieran presentar durante el proceso de elaboración de briquetas, para esto se observó el comportamiento del equipo al ponerse en operación en condiciones de trabajo. Otra de las etapas de la investigación fue la del desarrollo del producto densificado, para esto se realizaron diez repeticiones en cada uno de los equipos, con diferentes tipos de mezclas, que consistieron en aglomerantes, cascarilla de café molida y sin moler en diferentes proporciones, y otra mezcla sin aglomerantes. Esto tenía como propósito demostrar la influencia que tienen los aglomerantes en el proceso de elaboración de las briquetas, tanto en la compactación como al momento de realizarse la combustión del producto. Los aglomerantes propuestos para la investigación fueron la cal, almidón y arcilla, se decidió emplear estos productos ya que son considerados cementantes, es decir que ayudan a que el producto no se disgregue. Los porcentajes de materia prima y aditivos utilizados, se detallan a continuación: •

Tratamiento 1: 50 % Cascarilla de café triturada, 29% agua y 21% cal.

•

Tratamiento 2: 67% Cascarilla de café triturada y 33% agua

•

Tratamiento 3: 50% Cascarilla de café triturada, 21% almidón en polvo, 29% agua

•

Tratamiento 4: 59% Cascarilla de café triturada, 41% almidón cocido (mezcla de 7% almidón en polvo y 34% de agua). 35

•

Tratamiento 5: 50 % Cascarilla de café sin triturar, 29% agua y21% cal.

•

Tratamiento 6: 67% Cascarilla de café sin triturar y 33% agua.

•

Tratamiento 7: 50% Cascarilla de café sin triturar, 21% almidón en polvo, 29% de agua.

•

Tratamiento 8: 59% Cascarilla de café sin triturar, 41% almidón cocido (mezcla de 7% almidón en polvo y 34% de agua).

El producto obtenido de los equipos se sometió a diferentes pruebas. La metodología que se siguió para la realización de dichas pruebas se basa en investigación realizada por (Mora, 2007). Para las briquetas se midieron las siguientes propiedades: •Tiempo que duran encendidas las briquetas

• Las pruebas de emisión de CO2 se realizaron con el objetivo de determinar las ppm de gas que emanan las briquetas durante la combustión y luego establecer comparación con la cantidad que emana la leña. • El poder calórico el cual se determinó mediante la prueba de agua hirviendo, conocida como The Water Boiling Test (WBT). En relación al análisis granulométrico este permitió determinar la influencia que tienen el tamaño de las partículas durante la compactación o densificación de una biomasa.

36

En cuanto al análisis del funcionamiento de la máquina de tornillo helicoidal, ésta no presenta interruptor de apagado y encendido dificultando su manejo. Otras debilidades encontradas en este equipo es al momento de la alimentación de la mezcla, ya que regresa el material impidiendo la compactación y por ende la descarga del producto. De las dificultades encontradas en este equipo se realizaron algunos cambios como reducir el diámetro del tornillo helicoidal, para mejorar el transporte del material. Aún con esto, el equipo resultó

ser

no

funcional, motivo por el cual se proponen otras tecnologías: La Prensa Manual de hierro y molde de madera. En relación a la prensa manual de hierro, se realizaron las pruebas con las mezclas propuestas, se constató que el equipo cumple con la función básica para la elaboración del producto (briquetas). Se considera que la función básica para la elaboración de briquetas es la compactación, esta se da mediante la aplicación de presión, para lo cual se obtuvo que la presión ejercida oscila entre 2.02 y 3.63 MPa. En relación al producto densificado, las pruebas se realizaron con el molde de madera y la prensa manual. Obteniendo mejores resultados esta última resultando más eficiente en la compactación y obteniendo un producto de mejor calidad, con la mezcla de cascarilla de café triturada, almidón cocido y agua, correspondiente al tratamiento 4, %. En cuanto al tiempo que duran encendidas las briquetas, estas tienen un promedio de 15 minutos. Con respecto al CO2, se determinó que éste tenía una variabilidad entre 2800ppm y 4600 ppm, lo cual se comparó con el de la leña, donde la variabilidad es de 3822 ppm y 4800 ppm. También se comprobó que el agua hierve a los 20 minutos al utilizar las briquetas como combustibles. IV.6.

B AL AN C E D E M ATE RI A Y E NE RG Í A

Insumos Semilla de

obtención de cascarilla de café entrada % Producto salida 569.91 100 Cascarilla 68.39Kg/

café

Kg/h

de café Resto

% 12

hora

501.5266

88 37

Total

569.91

100

Total

Kg/h

7 569.91 Kg/h

Proceso de producción de briquetas Selección de la materia prima Insumos Cascarilla de café

entrada 68.39Kg/ h

% 10

Producto

0

café libre de

Cascarilla de impurezas impurezas

salida 61.551Kg/h

% 90

6.839 Kg/h

10

68.39Kg/h

10

(tierra y polvo)

Total

68.39Kg/h

10

Total

0 Molienda de la cascarilla de café insumos Cascarilla de café

entrada 61.551Kg/h

libre de impurezas

0

% 10

Producto Cascarilla

salida 55.3959Kg/

% 90

0

molida Perdidas Total

h 6.1551 Kg/h 61.551Kg/h

10 10

total

61.551Kg/h

10

insumos Cascarilla molida

0 Mezclado entrada % Producto 55.3959Kg/ 59 Productos

salida 84.5 Kg/h

% 90

Aglomerante(almid

h 6.57239Kg/

7

mezclados Perdidas

9.389 Kg/h

10

ón) agua

h 31.92306Kg

34

total

/h 93.89135Kg

10

Total

93.89135Kg

insumos Productos

/h 0 Compactación de la mezcla entrada % Producto 84.5 Kg/h 10 Briqueta

0

/h salida 81.965 Kg/h

% 97 38

mezclados

0

total

84.5 Kg/h

insumos Briqueta

0 Secado de las briquetas entrada % producto 81.965 Kg/h 10 briqueta

compactado

10

compactado Perdidas Total

0

2.535 84.5 Kg/h

3 10 0

salida 77.866

% 95

4.09825 81.965 Kg/h

5 10

está completame

total

81.965 Kg/h

10

nte seca humedad Total

0

IV.7. D I AG R AM A

0

D E B LO Q UE S

IV.8. E VAL U AC I Ó N

D E L C O S TO TO TAL DE P RO DU CCI Ó N

INVERSIONES TERRENO OBRAS CIVILES EQUIPOS EQ. DE LABORATORIO MUEBLES Y EQ . OFICINA HERRAMIENTAS COMPUTADORA IMPRE

30000 25000 20000 300 1000 500 1000

39

EXTINTOR OTROS TANGIBLES INVERSIÓN FIJA TANGIBLE ELAB. PROYECTO ING. DE DETALLE ASESORIAS CONST. EMPRESA REG. MARCA INVERSION FIJA INTANG MATERIA PRIMA MOLDES EMBALAJE MATERIALES DE LIMP. AGLOMERANTE COMBUSTIBLE UTILES DE OFICINA I. EXISTENTES JEFE DE PLANTA OPERARIOS TELEFONO-FAX GERENTE PLANILLA DE VENTAS ENERGÍA ELÉCRICA AGUA I. DISPONIBLE CAPITAL DE TRABAJO INVERSIÓN TOTAL

100 400 78300 3000 6000 1780 300 598 11678 1,167 200 500 100 300 350 25.333 2642 1500 1200 200 2000 1800 320 360 7380 10022 100000

DEPRECIACIÓN ACTIVO OBRAS CIVILES

VALOR INICIA 25000

TASA %

DP/ ANUAL 3

750 40

EQUIPOS EQ. LAB MUEBLES Y EQ. OFICINA HERRAMIENTAS COMPT. IMPRES

20000 300 1000

20 20 20

4000 60 200

500 1000

20 20

TOTAL DEPREC APCD 11678 APCD + DEPRECIACIONES

20

100 200 5310 2335.6 7645.6

IV.9. I N V E R S I Ó N PRESTA MO i n R

TRIMES TRE 1 2 3 4 1 2 3 4 1

TO TAL

ICF,

C AP I TAL DE TR AB AJO

30000 3% 11 3242.32 344

SALDO

INTERES

30000 30000

900 900

27657.6 766 25245.0 834 22760.1 125 20200.5 924 17564.2 868 14848.8 919 12052.0

829.7302 969 757.3525 028 682.8033 748 606.0177 73 526.9286 031 445.4667 582 361.5610

AMORTIZAC IÓN 0 2342.32344 2412.59314 2484.97093 2559.52006 2636.30566 2715.39483 2796.85668 2880.76238

CUOTA 900 3242.32 344 3242.32 344 3242.32 344 3242.32 344 3242.32 344 3242.32 344 3242.32 344 3242.32 41

2 3 4

353 9171.27 289 6204.08 764 3147.88 683

INTERES AMORTIZA CIÓN

579 275.1381 866 186.1226 291 94.43660 491

1 3387.08 28 7239.88 751

2967.18525 3056.20081 3147.88683

2 2261.216 509 10708.07 723

344 3242.32 344 3242.32 344 3242.32 344

3 917.258 478 12052.0 353

PRESUPUESTO DE INGRESOS Y EGRESOS TAMAÑO PRECIO AÑO % CAPAC. INST PRODUC. INGRESOS POR VENTA

MATERIA PRIMA AGLOMERAN TE MAT. DE LIMP COMBUSTIBL E JEFE DE PLANTA OPERARIOS AGUA ENRGIA ELECTRICA

145000 1.25

Kg/AÑO $/Kg

1 90

2 96

3 98

4 100

5 100

130500 163125

139200 174000

142100 177625

145000 181250

145000 181250

V

12600.0 036 3240

13440.0 038 3456

13720.0 039 3528

14000.0 04 3600

14000.0 04 3600

V

1080

1152

1176

1200

1200

V

3780

4032

4116

4200

4200

F

22500

22500

22500

22500

22500

F V V

14400 3888 288

14400 4147.2 307.2

14400 4233.6 313.6

14400 4320 320

14400 4320 320

%

T.CO STO V

42

COSTO DE FABRICACIÓN TELEFONO V GERENTE F PLANILLA DE F VENTAS GASTOS DE OPERACIÓN COSTOS FINANCIEROS DEPRECIACIÓN Y APCD COSTO TOTAL

61776.0 036 2160 24000 21600

63434.4 038 2304 24000 21600

63987.2 039 2352 24000 21600

64540.0 04 2400 24000 21600

64540.0 04 2400 24000 21600

47760

47904

47952

48000

48000

3387.08 28 7645.6

2261.21 651 7645.6

917.258 478 7645.6

0

0

7645.6

7645.6

120568. 6864

121245. 22

120502. 062

120185. 604

120185. 604

ESTADO GANANCIA-PÉRDIDA AÑO INGRESOS POR VENTA COSTO TOTAL RENTA NETA IMP. A LA RENTA

IV.10.

2 174000

3 177625

4 181250

5 181250

120568.68 64 42556.313 6 12766.894 08

121245.2 2 52754.77 97 15826.43 39

120502.0 62 57122.93 76 17136.88 13

120185.6 04 61064.39 6 18319.31 88

120185.6 04 61064.39 6 18319.31 88

E VAL U AC I Ó N 0

INGRESOS POR VENTA INVERSIONES COSTOS DE FABRICACIÓN

1 163125

E C O NÓ MI C A

VANE, VANF, TIRE TIRF

FLUJOS NETOS PROYECTADOS 1 2 163125 174000

3 177625

4 181250

5 181250

63987.2039

64540.004

64540.00 4

100000 61776.0036

63434.4038

43

GASTOS DE OPERACIÓN IMPUESTO A LA RENTA FLUJO NETO ECONÓMICO PRESTAMO COSTOS FINANCIEROS AMORTIZACIÓN FLUJO NETO FINANCIERO

-100000

47760

47904

47952

48000

48000

12766.8941

15826.4339

17136.8813

18319.3188

40822.1023

46835.1623

48548.9148

50390.6772

18319.31 88 50390.67 72

3387.0828

2261.21651

917.258478

0

0

7239.88751 30195.132

10708.0772 33865.8685

12052.0353 35579.6211

0 50390.6772

0 50390.67 72

30000

-70000

FLUJO NETO ECONÓMICO VANE

TIRE FLUJO NETO FINANCIERO VANF

TIRF

0 -100000 S/. 35,760.1 9 36% -70000

1 40822.1 023

2 46835.1 623

3 48548.9 148

4 50390.6 772

5 50390.6 772

30195.1 32

33865.8 685

35579.6 211

50390.6 772

50390.6 772

S/. 43,767.1 9 43%

% APORTE PROPIO PRESTAMO INV. TOTAL COKi COK COKe COKf

70000 30000 100000 0.25 0.12 21.1 20.02

70 30

44

V.

DISEÑO DETALLADO DE INGENIERIA V.1.

DISEÑO DE EQUIPOS PRINCIPALES

V.1.1.

DISEÑO

D E L H O R NO

Q1

HORNO

Q3

Q2 Q=Q1 +Q 2 +Q3 Q= calor total necesario Q1= calor de calentamiento de carga Q2=calor almacenado durante la operación Q3=calor perdido a través de las paredes del horno durante la operación Analizando la carga del horno qwe=ρ× V × N

qwe=carga delhorno ρ=densidad de la briqueta N=numero de briquetas qwe=1.25× 0.25 ×85=26 Kg/h 45

V.2. V.2.1.

DISEÑOS

D E Q U I P O S DE US O GE NÉ RI CO

D I S E Ñ O D E L A Z AR AND A

Alimentación= 68.39Kg/h Salida = 90% alimentación = 61.551Kg/h Rechazo = 10% alimentación=6.839 Kg/h

Entrada

Zaranda

salida

Rechazo

La capacidad será la misma de la alimentación = 70 kg/h V.2.2.

D I S E Ñ O D E L MO L I NO

Alimentación= 61.551Kg/h Salida = 10% alimentación = 53.3959Kg/h

Entrada

Molino

salida

46

La capacidad será de la alimentación será de = 70 Kg/h V.2.3. DISEÑO Alimentación:

D E L M E Z CL ADO R

59% producto molido = 53.3959 Kg/h 7% aglomerante= 6.57239Kg/h 34% agua= 31.92306Kg/h Entrada Aglomerante

salida

Mezclador

Agua

Rechazo

Salida: 93.89135Kg/h 90% salida=84.5 Kg/h 10% rechazo= 9.389 Kg/h Se necesitará un mezclador de una capacidad de: 93.89135Kg/h = 100Kg/h

V.2.4. M AQ U I N A C O MPAC TADO R A Alimentación =84.5 Kg/h La máquina compactara las briquetas en jornadas de 8 horas al día se tendrá que compactar: 676 Kg

47

Donde cada máquina compacta un aproximado de 136 briquetas por jornada de modo que tendremos que usar 5 máquinas compactadoras por jornada laboral de 8 horas V.3.

LI S TAD O D E EQ U I P O S

Descripción

Cantidad

Zaranda limpiadora Molino de martillo Mezcladora Maquina compactadora (prensa) Horno Selladora TOTAL

V.4.

Precio

1

Precio unitario 1200

1 1 5

7000 3000 1200

7000 3000 6000

1 1

2500 300

2500 300 20000

1200

elaboración del plano de la planta

48

49

VI.

D ISCUSIÓN DE RESULTADOS 150 TM /año .



Obtuvimos un tamaño de planta óptimo de



Produciremos un aproximado de 670 briquetas por día para la demanda local como un sustituto del carbón vegetal.



Con el tamaño de planta óptimo recuperaremos la inversión en un plazo no mayor de 3 años.

VII.

C ONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Concluimos que la cascarilla de café es una materia prima rentable para la producción de briquetas, una alternativa más de combustible ecológico y



con un valor agregado. Concluimos que por ser una mediana industria no podemos usar equipos de mucha tecnología como una maquina briquetiadora que se vende en el mercado actual.

VIII.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 

ASSUREIRA, Estela, “combustible alternativo” en PORTAL ASUNTOS



PÚBLICOS DE LA PUCP, Lima, 7 de febrero del 2005, p.2. REPUBLICA DEL PERÚ, Ministerio de agricultura (MINAGRI), “análisis



de los cultivos de café en el Perú”. EFREN AGUSTIN TOALA MORAN,” Estudio de pre-factibilidad para la construcción de una fábrica de briquetas de carbón utilizando tamo de arroz localizada en la provincia de guayas, Guayaquil, 15 octubre 2010.

Páginas web 

www.carbonargentino.com/noticias.htm

50

ANEXOS ÁREA DEL MERCADO

El área de Mercado de las briquetas que vamos abarcar estará comprendida básicamente por los asaderos de pollos, Pizzerías y locales de comida a la parrilla o asada, de la ciudad de Lima, siendo Estos de gran acogida y preferencia por la ciudadanía en general al momento de degustar un buen plato de comida preparado con el toque especial de la leña.

Producción de carbón por regiones naturales. Año 2008.

Región Natural

Peso neto (kg)

%

Costa

50 056 433,50

97,35

Sierra

179 228,00

0,35

Selva

1 183 008,12

2,30

TOTAL

51 418 669,60

100,00

En cuanto a la demanda de carbón, no existe un registro de la cantidad de carbón Vegetal que consume Lima metropolitana en las parrilladas familiares o en pollerías y Restaurantes. Se estima que el 60 por ciento del carbón que consume Lima procede del Bosque seco (50 056 433, 50) y el 40 por ciento restante de Pucallpa (662 116, 83 kg) (Gonzáles, com. pers.). 51

COMPORTAMIENTO DE LA DEMANDA

EVOLUCIÓN DE LA DEMANDA

La introducción de las briquetas en el mercado será una etapa un poco compleja, de ella dependerá la comercialización de las mismas y éxito del Proyecto, puesto que enfrentará una ardua competencia ya que existen muchos locales donde se distribuye el carbón vegetal, producto con quien competirá directamente, el cual se encuentra posicionado en el mercado actual hace mucho tiempo debido a que es el único producto utilizado para la actividad de comidas asadas. Al realizar una encuesta cualitativa y cuantitativa se pudo conocer varios aspectos del producto, como personas que en muchos casos no conocen el significado de una briqueta, tampoco su utilización ni lugares de distribución. Lo importante de la información obtenida es que un porcentaje aceptable de encuestados están interesados en dejar de utilizar carbón vegetal para sustituirlo por las briquetas, aunque recalcan que se debe considerar el valor con el cual será comercializada la misma en el mercado.

La demanda del producto en el mercado estará dada por el incremente paulatino de Consumidores que durante el desarrollo del proyecto vayan dejando de utilizar el carbón vegetal para utilizar la briqueta, esto dependerá mucho del diseño Promocional que se elabore con el mismo, ofreciendo a los futuros clientes Llamativas ofertas especialmente en el valor de las mismas relacionado con la Cantidad de producto.

ESTRUCTURA DE CARACTERÍSTICAS

LOS

CONSUMIDORES

Y

SUS

PRINCIPALES

52

Se presentan varios posibles consumidores de las briquetas, por un lado están las familias que organizan reuniones en sus casas quienes las combinan con diferentes planos de comidas elaborados a la parrillada.

Otros consumidores son los dueños de locales que ofrecen a la ciudadanía en general platos a la parrilla, ellos serían un potencial mercado considerando siempre el valor de las briquetas ya que el precio comparado con el carbón vegetal se diferencia debido al proceso que se emplea en la fabricación de las briquetas, mientras que la fabricación del carbón vegetal es una trabajo artesanal de bajo costo de producción. El producto está dirigido a las personas en general que se preocupan por el medio ambiente y que desean utilizar alternativas contribuyendo de esta manera a disminuir en cierto porcentaje la destrucción de la naturaleza. Se detalla la estructura socioeconómica del segmento objetivo que son los consumidores actuales de carbón vegetal de la ciudad de lima. De la muestra de 230 consumidores de carbón vegetal se obtienen los siguientes datos:

¿Qué cantidad de carbón utiliza semanalmente?

53

0.25-0.5 saco

0.6-2saco

21.74%

13.04%

2-4 saco

4-6 saco

17.83%

12.61%

6-9 saco

9-15 saco 0.00%

21.74%

13.04% 5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

Gráfico: Consumo de carbón

En promedio según los datos obtenidos en la encuesta el consumo de carbón semanal oscila entre los 5 sacos, la población considerada para efecto de cálculos es de 1.500 locales Incluyendo los grandes y pequeños consumidores, de tal manera realizando una Estimación se obtiene que anualmente se consume 360.000 sacos de carbón lo que Corresponde aproximadamente a un consumo de 16’400.000 kg.

¿C U ÁL

E S EL VAL O R Q U E C ANC E L A PO R E L C AR BÓ N ?

54

25.00%

22.17%

46-60 USD 12.61%

30-45 USD

20.00%

20-26 USD 13-19 USD

6.96% 16.52%

6-12 USD

21.74%

1-3 USD 0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

Gráfico: Precio actual del carbón

El valor actual del carbón es importante para el desarrollo del proyecto, de esta manera se conoce en realidad los costos con los cuales competirán las briquetas. Observando los resultados se tiene que cada saco de carbón vegetal en promedio está costando en el mercado entre 5 y 6 dólares americanos.

¿Conoce la cantidad de arboles que se necesita para elaborar el carbón?

55

25.00%

Ventas 12%

si no 88%

Gráfico: Conocimiento sobre árboles deforestados

La principal materia prima para la elaboración del carbón es la madera, madera que en muchos casos la obtienen precisamente de la tala de árboles aumentando la deforestación de los bosques y áreas verdes del País.

Al consultar a los consumidores de carbón si conocen que cantidad de arboles se Talan para producir el producto nos encontramos que tan solo el 12% de los Encuestados conocen esta realidad y están conscientes de la destrucción que causa a la naturaleza este proceso.

ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA ACTUAL

El desarrollo y éxito del proyecto dependerá mucho de la aceptación del producto en el mercado, por tal motivo al consultar a los encuestados si están dispuestos a utilizar un producto sustituto del carbón se obtiene que el 73% desea una alternativa diferente y que contribuya con el cuidado al medio ambiente. Esta información es importante para desarrollar el proyecto, debido a que de esta manera se puede avizorar el futuro del mismo pensando en obtener buenos resultados ya que se tienen un porcentaje aceptable de posibles consumidores. En esta estimación se incluye también a los pequeños consumidores, y ciertas familias 56

que en reuniones utilizan carbón para degustar de algún plato preparado a la parrilla.

¿Estaría dispuesto a utilizar un producto sustituto del carbón?

27%

Si No 73%

Gráfico: Uso de producto sustituto

Si el consumo semanal de carbón aproximadamente es de 5 sacos, y según los datos 57

De la encuesta el 73% de los consumidores están dispuestos a utilizar un producto Sustituto del carbón se puede estimar una demanda aproximada de 262.000 sacos lo Que corresponde a 12’000.000 de kg, demanda que dependerá de muchos aspecto que Van desde el precio de venta hasta la capacidad de producción de la planta Procesadora.

PROYECCIÓN DE LA DEMANDA

La proyección de la demanda está sujeta a varios aspectos, de las cuales el de mayor influencia es la concientización de los consumidores de carbón, debido a que si cada uno evalúa la situación actual de nuestro planeta y observa la contaminación del mismo, podría pensar en contribuir de alguna manera para mejorar los niveles de vida y apaciguar en un pequeño porcentaje la contaminación sin mirar el valor económico que esto represente, en el momento que esto ocurra la demanda de carbón vegetal disminuirá dando paso al incremento en el consumo de productos alternativos como las briquetas, se estima que este incremento en las ventas de briquetas será del 10% anual. Los movimientos ecologistas y medio ambientales también pueden contribuir de manera indirecta para incrementar la demanda de las briquetas, mostrando cómo se encuentran actualmente los niveles de contaminación e incentivando a la ciudadanía a buscar soluciones para disminuir estos índices con producto orgánicos que cuiden la naturaleza.

¿Cuál es el valor que estaría dispuesto a cancelar por el nuevo producto?

58

igual que el carbon vegetal

menor que el carbon vegetal

mayor que el carbon vegetal

29% 46%

25%

Gráfico: Valor dispuesto a cancelar por nuevo producto

Otro aspecto que influye en la proyección de la demanda es el valor con el cual será comercializado el nuevo producto. La ciudadanía podrá estar consciente de que el Mundo necesita un cambio para mejorar el hábitat de los que en él vivimos, pero al realizar una comparación de precios entre el carbón vegetal y el nuevo producto puede surgir una desilusión entre los posibles consumidores y regresar así al consumo tradicional del carbón. Analizando los datos obtenidos se observa que el 46% de los encuestados desea que el nuevo producto tenga el mismo precio de venta que el carbón, mientras que el 25% opina que el precio del nuevo producto debe ser menor y tan solo el 29% de los encuestados está de acuerdo con que el valor sea superior.

COMPORTAMIENTO DE LA OFERTA

IDENTIFICACIÓN DEL PRODUCTO

59

¿Cómo quisiera que fuera la distribución del producto?

Para mejorar la oferta y poder tener mayor cantidad de compradores en el mercado Surge la necesidad de buscar alternativas para incentivar a los clientes, de tal manera que al consultar a los encuestados que estaban de acuerdo en utilizar un producto diferente al carbón si desean que la distribución del mismo sea en la puerta de sus negocios se obtiene que el 78% si está de acuerdo mientras el 22% no lo está. Para algunos consumidores es beneficiosa la distribución del producto en su negocio, ya que de esta manera reducen sus costos de producción porque no tienen que desplazarse a adquirir el carbón personalmente gastando en transportación del mismo. ¿Ha escuchado hablar de las briquetas?

Ventas 29%

si no

71%

Gráfico: Conocimiento de Briquetas

Un problema que se observa en la sociedad para que el uso del carbón vegetal no Haya disminuido ni aún así con los serios problemas que enfrenta el medio ambiente, es la falta de información en conocer algún producto diferente y ecológico. Las briquetas para muchos limeños no son populares y en mucho casos ni conocidas, de tal manera que al consultar a los encuestados si han escuchado 60

hablar de las briquetas se obtiene que tan solo el 29% ha escuchado este término y de los cuales el 56% conoce su utilización, teniendo como conclusión que existe una completa desinformación en este tema por parte de la ciudadanía Esta desinformación se radica también en los productores de carbón, ya que para ellos lo importante es seguir obteniendo ingresos económicos sin invertir mayor cantidad de dinero, así esto represente la destrucción de los bosques.

¿Conoce para que sirvan las briquetas?

si

no

44% 56%

Gráfico: Uso de las Briquetas

COSTO DEL PRODUCTO

Para definir el precio del producto se analizan dos aspectos importantes como son, el precio actual con los que la competencia comercializa las briquetas y los costos de fabricación. Actualmente el kg de briquetas elaborado con residuos de carbón vegetal cuesta Alrededor de $ 1.4 en SODIMAC, de tal manera para incursionar en el mercado y 61

poder tener Aceptación, las briquetas fabricada con cascara de café comercializarán en 1.25 USD por kg.

se

BALANCE OFERTA – DEMANDA

En la actualidad la oferta de las briquetas en el mercado limeño, es bien insignificante tal como se ha observado en el estudio realizado, llegando al punto que muchas personas no conocen que es una briqueta, por tal manera que la demanda de la misma es relativa y en este caso va acorde a la oferta, si no existe oferta no existirá demanda. La cantidad máxima de briquetas a ofertar según el consumo de carbón en el mercado actual comprende aproximadamente 12’000.000 de kg anuales, de los cuales dependerá mucho el número de consumidores una vez ubicado el producto en el mercado y publicado el precio del mismo. La oferta dependerá también de la capacidad de producción que se desarrolle según la infraestructura y maquinarias utilizadas en el proceso, de tal manera como es un proyecto que va a competir para incursionar en el mercado, la producción de briquetas en el primer año será solo de 120.000 kg aproximadamente, cubriendo de esta manera tan solo el 1 % de la posible demanda total que se pudo conocer.

CAPACIDAD DEL PROYECTO

El diseño de las Briquetas será de forma cilíndrica de un diámetro exterior de 45 mm y 55 mm de longitud, constará también de una perforación interna en todo el largo de briqueta de 11 mm de diámetro cuya importante función es la de mejorar la combustión de las mismas. La capacidad técnica para producir briquetas de carbón utilizando la cascarilla de cafe estará dada por la eficiencia de la máquina procesadora en este caso la prensa manual se obtuvo que en una jornada de 8 horas se pueden elaborar 96 briquetas, una cada 5 minutos; aunque cabe destacar que estas últimas presentan mejor calidad

62

ENCUESTA

Saludos Cordiales, somos un grupo de estudiantes que estamos realizando un Estudio sobre el nivel de aceptación de un producto sustituto del carbón vegetal, por lo cual solicitamos nos ayude contestando las siguientes preguntas. Su información será muy valiosa, agradecemos su colaboración.

Tipo de Negocio: __________________________________________________________________

1.- ¿Qué cantidad de carbón utiliza semanalmente en su negocio?

0.25 – 0.5 Saco

4 – 6 Saco

0.6 – 2 Saco Saco 2 – 4 Saco Saco

6–9

9 – 15

2.- ¿Cual es el valor que cancela por el mismo?

1 – 3 (USD) (USD)

45 (USD)

20 – 26

30 – 6–

63

12 (USD) (USD)

46 – 60

13 – 19 (USD)

3.- ¿Conoce la cantidad de árboles que se necesitan talar para elaborar el Carbón Vegetal que usted utiliza semanalmente?

SI

NO

Con el objetivo de perseverar el medio ambiente y disminuir la contaminación Global del planeta le planteamos las siguientes alternativas:

4.- ¿Estaría dispuesto a utilizar un producto diferente al Carbón Vegetal pero que cumpla las mismas funciones? (Si la respuesta es no, ir a pregunta 7).

SI

NO

5.- ¿Cual es el valor que estaría dispuesto a cancelar por este producto? 64

Lo mismo que cancela por el Carbón Vegetal: Un valor inferior al cancelado por el Carbón Vegetal: Un valor superior al cancelado por el Carbón Vegetal:

6.- Como quisiera que fuera la distribución del producto

Entregada en la puerta de negocio.

Ir usted personalmente a adquirir el producto a un lugar específico.

7.- ¿Ha escuchado alguna vez hablar de las Briquetas? (Si la respuesta es no, fin de la encuesta).

SI

NO

8.- ¿Conoce para que sirven o cual es su utilización?

SI

NO

65

66