1. UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Electrónica
DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA PRODUCCIÓN DE
DESINFECTANTES DE UNA PLANTA DE DETERGENTES
Por
José Manuel Gutiérrez Machado
Sartenejas, diciembre de 2006
2. ii
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Electrónica
DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA PRODUCCIÓN DE
DESINFECTANTES DE UNA PLANTA DE DETERGENTES
Por
José Manuel Gutiérrez Machado
Realizado con la Asesoría de
Prof. Gerardo Fernández
Ing. Abraham Uzcategui
Informe final de Cursos de Cooperación técnica y desarrollo social
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico
Sartenejas, diciembre de 2006
3. iii
DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA PRODUCCIÓN DE
DESINFECTANTES DE UNA PLANTA DE DETERGENTES
PROYECTO DE GRADO presentado por
José Manuel Gutiérrez Machado
RESUMEN
El presente estudio expone el diseño de un sistema automatizado de instrumentación y control
supervisorio para la etapa de mezclado del proceso de manufactura de desinfectantes de la planta
de Procter & Gamble de Venezuela ubicada en la ciudad de Barquisimeto, estado Lara. La etapa
de mezclado cuenta con 12 pipas de materias primas (MP), una balanza de pesado, 7 recipientes
con colorantes, 2 entradas de agua, 12 tanques de premedidas (TPM), 2 tanques mezcladores y 4
tanques de almacenamiento (TA). Las MP se miden de forma visual en los TPM, se combinan en
los mezcladores con el agua, la cual se mide directamente en los mezcladores también de forma
visual, y se almacenan en los TA; todo de forma manual. El diseño de la instrumentación implica
sólo 2 TPM con 2 celdas de carga y un terminal de pesado por tanque, donde se unan las MP para
luego ser mezcladas; estos recipientes son limpiados después de cada batido con un rociador cada
uno. El agua se cuantifica por medio de medidores de flujo. Las válvulas manuales son
cambiadas por neumáticas accionadas por electro válvulas y el colorante se continua adicionando
de forma manual. El diseño básico del sistema de control implica una arquitectura de dos
ordenadores y un PLC conectados en una red local Ethernet de supervisión; y una red de control
4-20mA que conecta al controlador con los dispositivos de la instrumentación. Finalmente se
desarrolló en LabView 8.0 de National Instruments, un simulador de la propuesta. Se demostró
una reducción del tiempo de batido del 36% lo cual implica un aumento de capacidad del proceso
del 50%. Esto reducirá pérdidas de materiales y aumentará las ganancias de la compañía; además
aumentará el tiempo entre fallas de la operación y la seguridad de los operadores.
PALABRAS CLAVES
Control, Desinfectantes, Automatización, SCADA, Proceso.
Sartenejas, diciembre de 2006
4. iv
DEDICATORIA
A mis Padres, José Manuel Gutiérrez Lugo y Xiomara Machado.
A mis Hermanos, Jesxi Gonzalez, Dorian Gonzalez, Dusftin Gonzalez y Carlos David
Gutiérrez.
A mi novia, Zully Viviana Moreno.
5. v
AGRADECIMIENTOS
A Dios por brindarme apoyo en todo momento.
A la Universidad Simón Bolívar por formarme.
A Procter & Gamble de Venezuela por la oportunidad brindada para el desarrollo de la
pasantía.
A Nohaly Pérez, Dorian Gonzalez, Gerardo Rosas, Mario Escalante, Felix Rodríguez,
Zully Moreno, por el soporte invaluable brindado durante mi carrera.
A mis tías Nelly y Gladys Machado y a mi prima Loana Machado por el soporte brindado
durante mi pasantía.
Al profesor Gerardo Fernández por su invaluable apoyo durante mi carrera.
A mi tutor Ing. Abraham Uzcategui por el soporte brindado.
Al Grupo Escalera por los conocimientos y experiencias brindadas.
A todos los profesores del departamento de Ingeniería Electrónica por brindar sus
conocimientos.
A los Ingenieros Jhonny Castro, Alfredo Cañizales y Ernesto Mendoza por el soporte
brindado.
A Lucía Carniello y Reyna Román, líderes del departamento de líquidos por el soporte
brindado.
A los empleados del departamento de líquidos y del departamento de finanzas por el
soporte brindado.
6. vi
ÍNDICE
CAPÍTULO I 1
INTRODUCCIÓN 1
1. 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2
1. 2 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO 4
1. 3 OBJETIVOS 5
1. 1. 1 OBJETIVOS GENERALES 5
1. 1. 2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 6
1. 4 HIPÓTESIS 6
CAPÍTULO II 7
LA EMPRESA 7
2. 1 HISTORIA 7
2. 2 FUNCIÓN DE PROCTER & GAMBLE DE VENEZUELA 8
2. 2. 1 PRODUCCIÓN 9
2. 2. 2 COMERCIALIZACIÓN 9
2. 2. 3 FINANCIAMIENTO 9
2. 2. 4 APROVISIONAMIENTO 9
2. 3 MISIÓN 10
2. 4 VISIÓN 10
2. 5 VALORES 10
2. 5. 1 NUESTRA GENTE 10
2. 5. 2 LIDERAZGO 11
2. 5. 3 PROPIEDAD 11
2. 5. 4 INTEGRIDAD 11
2. 5. 5 PASIÓN POR GANAR 11
2. 5. 6 CONFIANZA 12
2. 6 PRINCIPIOS 12
2. 7 ORGANIZACIÓN 13
CAPÍTULO III 16
MARCO TEÓRICO 16
3. 1 DESINFECTANTES LÍQUIDOS 16
3. 2 PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN PARA LA ELABORACIÓN DE LIMPIADORES 17
3. 3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 22
7. vii
3. 3. 1 SISTEMA DE CONTROL MICROBIOLÓGICO DEL AGUA 22
3. 3. 2 SISTEMA DE MEZCLADO 24
3. 3. 3 SISTEMA DE ALMACENAJE DEL PRODUCTO 33
3. 3. 4 LAYOUT 35
3. 4 CONTROL SUPERVISORIO 38
3. 5 SISTEMAS SCADA 38
3. 5. 1 ADQUISICIÓN DE DATA 39
3. 5. 2 COMUNICACIÓN DE DATA A TRAVÉS DE REDES 39
3. 5. 3 PRESENTACIÓN DE LA DATA. 43
3. 5. 4 CONTROL 44
3. 6 ANTECEDENTES 45
CAPÍTULO IV 46
MARCO METODOLÓGICO 46
4. 1 METODOLOGÍA DE DISEÑO 46
4. 1. 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 46
4. 1. 2 DISEÑO DEL PROYECTO 47
Visualización 47
Conceptualización 47
Definición 47
4. 1. 3 PUESTA EN MARCHA DEL PROYECTO 48
Implementación 48
Operación 48
Mantenimiento 49
4. 1. 4 CRONOGRAMA DEL PROYECTO 49
4. 2 NORMAS DE CALIDAD 50
4. 3 NORMAS DE SEGURIDAD 50
CAPÍTULO V 51
SISTEMA SCADA PARA EL PROCESO DE MANUFACTURA DE LIMPIADORES 51
5. 1 OPERACIÓN DEL PROCESO 51
5. 1. 1 CONTROL MICROBIOLÓGICO DEL AGUA 51
5. 1. 2 MEZCLADO 55
5. 1. 3 ALMACENAJE DEL PRODUCTO 64
5. 1. 4 OTROS PROCEDIMIENTOS 65
5. 2 CRITERIOS DE DISEÑO 66
5. 2. 1 FUNCIÓN 66
5. 2. 2 CALIDAD 67
5. 2. 3 COSTOS 67
5. 2. 4 RECETAS 67
5. 2. 5 EQUIPOS DISPONIBLES 67
5. 2. 6 BCT 67
8. viii
5. 3 PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO 70
5. 3. 1 DISEÑO EN DETALLE DE LA INSTRUMENTACIÓN DEL PROCESO 70
5. 3. 2 ADICIÓN DE MATERIAS PRIMAS 76
5. 3. 3 ADICIÓN DE AGUA 84
5. 3. 4 UN PREPESADO POR CADA BATCH CON ADICIÓN DE AGUA POR MEDICIÓN DE FLUJO Y ADICIÓN
DE COLORANTE MANUAL 89
Justificación de la propuesta 90
Especificaciones de los equipos 90
Celdas de carga 92
Terminales de pesado 95
Medidores de flujo 96
Electro válvulas 97
Válvulas Neumáticas 99
Spray balls 100
Relay 101
Diagrama de instrumentación del proceso 102
Especificaciones de cableado 107
Ubicación de equipos y de cableado 108
Requerimientos del usuario (RU) Diagramas de estado 111
Sistema de alarmas 111
Costo de la instrumentación del sistema automatizado 113
5. 4 DISEÑO BÁSICO DEL SISTEMA DE CONTROL 113
5. 4. 1 ARQUITECTURA DEL SISTEMA 116
5. 4. 2 SOFTWARE DEL CONTROLADOR 117
5. 4. 3 REDES 118
5. 4. 4 SOFTWARE 119
5. 4. 5 EQUIPOS REQUERIDOS Y COSTOS ESTIMADOS 120
5. 5 SIMULADOR DE LA PROPUESTA 121
5. 5. 1 DESCRIPCIÓN 122
CAPÍTULO VI 130
RESULTADOS Y ANÁLISIS 130
6.1 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LAS SIMULACIONES DEL SISTEMA 130
CAPÍTULO VII 136
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 136
7. 1 CONCLUSIONES 136
7. 1 RECOMENDACIONES 140
CAPÍTULO VII 141
10. x
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Presentación de las materias primas 26
Tabla 2: Características de los tanques de premedidas 27
Tabla 3: Características de las tuberías que conectan las materias con los tanques 27
Tabla 4: Características sanitarias de las tuberías 28
Tabla 5: Características de las bombas 29
Tabla 6: Características de las válvulas 29
Tabla 7: Características del sistema de aire comprimido 29
Tabla 8: Características de las tuberías de adición de agua 30
Tabla 9: Características de los tanques de mezclado 30
Tabla 10: Características de las válvulas que conectan los tanques de premedidas con los
mezcladores 31
Tabla 11: Características de las tuberías de transferencia a los tanques de almacenamiento 32
Tabla 12: Característica de la bomba de transferencia de producto a los tanques de
almacenamiento 32
Tabla 13: Características de los tanques de almacenamiento 34
Tabla 14: Especificaciones técnicas de los sensores de nivel de los tanques de patio 34
Tabla 15: Tiempos de las actividades de la operación del análisis micro del agua 54
Tabla 16: Tiempos de las actividades de control de variables del agua 54
Tabla 17: Tiempos de actividades de elaboración de limpiadores no cítricos 61
Tabla 18: Tiempos de actividades de elaboración de limpiadores cítricos 63
Tabla 19: Tiempos de las actividades para transferir el producto a los tanques de patio 65
Tabla 20: Separación del BCT de las versiones no cítricas 68
Tabla 21: Actividades que dependen del operador para las versiones no cítricas 68
Tabla 22: Separación del BCT de las versiones no cítricas 69
Tabla 23: Actividades que dependen del operador para las versiones cítricas 69
Tabla 24: Variables a controlar por el sistema 71
Tabla 25: Variables que no requieren sensores 73
Tabla 26: Tipos de sensores evaluados para la premedidas de las materias primas 76
Tabla 27: Propuestas de instrumentación para la variable de adición de las materias primas. 78
Tabla 28: Propuesta mejorada para la medición de las materias primas 81
Tabla 29: Propuestas para la adición de agua a los mezcladores 85
Tabla 30: Propuestas para la instrumentación del pesaje del colorante 87
Tabla 31: Especificaciones de las celdas de carga 93
Tabla 32: Información del cableado 94
Tabla 33: Especificaciones técnicas de los tanques de premedidas 94
Tabla 34: Especificaciones técnicas de la caja de conexiones 94
Tabla 35: Especificaciones de los terminales de pesado 95
Tabla 36: Especificaciones del trasmisor del medidor de flujo 96
Tabla 37: Especificaciones de las electro válvulas (sin el solenoide) 99
Tabla 38: Dimensiones de la válvula neumática 99
Tabla 39: Dimensiones del actuador neumático 100
Tabla 40: Especificaciones técnicas de las spray balls 101
Tabla 41: Especificaciones del relay de la lámpara UV 102
Tabla 42: Especificaciones de cables #22 AWG 107
Tabla 43: Especificaciones de cables #14 AWG 108
11. xi
Tabla 44: Lista de componentes de la instrumentación del proceso 115
Tabla 45: Resultado de las simulaciones para las versiones no cítricas 131
Tabla 46: Resultados experimentales del BCT en ambos mezcladores 131
Tabla 47: Tiempos de manufactura de limpiadores para ambas versiones 132
Tabla 48: Estudio comparativo de capacidad para las versiones no cítricas 133
Tabla 49: Estudio comparativo de capacidad para las versiones no cítricas 134
Tabla 50: Requerimientos del usuario para versiones no cítricas 152
Tabla 51: Requerimientos del usuario para versiones cítricas 157
Tabla 52: Características de los proyectos de reducción de pérdidas 188
Tabla 53: Reuniones de seguimiento de loss analysis 196
Tabla 54: Reportes de loss analysis 197
Tabla 55: Nuevos campos de los proyectos con sus descripciones 211
12. xii
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 1: Organigrama general de Procter & Gamble, planta Barquisimeto. 13
Fig. 2: Organigrama del departamento de ingeniería de la planta de Barquisimeto. 14
Fig. 3: Organigrama del departamento de líquidos de la planta de Barquisimeto. 15
Fig. 4: Transformaciones para elaborar desinfectantes no cítricos. 19
Fig. 5: Transformaciones para elaborar desinfectantes cítricos. 21
Fig. 6. Esquema del sistema de control microbiológico de agua del proceso de manufactura de
desinfectantes. 22
Fig. 7: Fronteras del control microbiológico de agua. 23
Fig. 8: Esquema del sistema de mezclado del proceso de manufactura de desinfectantes. 25
Fig. 9: Esquema del espacio de materias primas del sistema de mezclado. 25
Fig. 10: Esquema de los tanques de premedida del sistema de mezclado. 26
Fig. 11: Esquema de los mezcladores del sistema de mezclado. 30
Fig. 12: Fronteras de la etapa de mezclado de elaboración de limpiadores. 32
Fig. 13: Esquema del Sistema de almacenaje del producto. 33
Fig. 14: Fronteras de la etapa de almacenaje de la elaboración de limpiadores. 35
Fig. 15: Fronteras del sistema de manufactura de limpiadores. 35
Fig. 16: Esquema del layout del proceso. 36
Fig. 17: Vista horizontal de la etapa de mezclado. 37
Fig. 18: Pasos del planteamiento del problema. 46
Fig. 19: Pasos del diseño del proyecto. 47
Fig. 20: Pasos de la puesta en marcha del proyecto. 48
Fig. 21: Diagrama de flujo 1 del operador para el control microbiológico del agua. 52
Fig. 22: Diagrama de flujo 2 del operador para el control microbiológico del agua. 52
Fig. 23: Diagrama de bloques de la operación del mezclado de versiones no cítricas. 56
Fig. 24: Modelo de los tanques de la operación. 56
Fig. 25: Diagrama de flujo de la adición de las materias primas en el tanque principal. 57
Fig. 26: Procedimiento para agregar colorante al Batch. 58
Fig. 27: Procedimiento a seguir l encontrar un parámetro fuera de estándar. 59
Fig. 28: Diagrama de bloques de la operación del mezclado de versiones cítricas. 60
Fig. 29: BCT de las versiones no cítricas. 62
Fig. 30: BCT de las versiones cítricas. 63
Fig. 31: Proceso de transferencia del producto a los tanques de almacenamiento. 64
Fig. 32: Diagrama de flujo de la operación de la etapa de mezclado con el sistema automatizado.
72
Fig. 33: Diagrama del control para la UVL 74
Fig. 34: Diagrama del control de la adición de las materias primas 75
Fig. 35: Diagrama de control de la transferencia de productos a los tanques de patio. 75
Fig. 36: Diagrama de flujo del nuevo proceso de elaboración con la propuesta de instrumentación
mejorada. 83
Fig. 37: Esquema de control para la adición de agua. 86
Fig. 38: Diagrama de flujo corregido de la operación de la etapa de mezclado con el sistema
automatizado. 89
Fig. 39: Dimensiones de las celdas de carga. 93
Fig. 40: Dimensiones físicas del medidor de flujo. 97
Fig. 41: Encendido de la válvula neumática. Electro válvula energizada. 98
13. xiii
Fig. 42: Apagado de la válvula neumática. Estado normal de la electro válvula. 98
Fig. 43: Electro válvula a la izquierda y el solenoide de la misma a la derecha. 98
Fig. 44: Válvula tipo mariposa. 99
Fig. 45: Actuador neumático. 100
Fig. 46: Disposición en tanque y patrón de rociamiento de las spray balls, 101
Fig. 47: Medidas del relay de la lámpara UV 102
Fig. 48: Relay de la lámpara UV 102
Fig. 49: Diagrama ½ de instrumentación del proceso. 104
Fig. 50: Diagrama 2
/2 de instrumentación del proceso. 105
Fig. 51: Disposición de los TPM en la operación. 108
Fig. 52: Ubicación de las celdas de carga en el TPM. 109
Fig. 53: Disposición del medidor de flujo en la tubería. 109
Fig. 54: Ubicación del cableado de los equipos. 110
Fig. 55: Diagrama de bloques del algoritmo de control con el Sistema De Alarmas. 114
Fig. 56: Arquitectura del sistema automatizado del proceso de manufactura de limpiadores. 117
Fig. 57: equipos requeridos para la red de supervisión del sistema. 120
Fig. 58: Panel principal de la operación de la etapa de mezclado. 121
Fig. 59: Ventana Principal del SDM del proceso. 123
Fig. 60: Ventana de mezclado del SDM. 126
Fig. 61: Ventana de Almacenaje del SDM. 127
Fig. 62: Ventana de Tendencias del SDM. 128
Fig. 63: Ventana de Otras variables del SDM. 129
Fig. 64: Resultados de las simulaciones para las versiones no cítricas. 132
Fig. 65: Resultados de las simulaciones para las versiones no cítricas. 132
Fig. 66: Diagrama de conexión de las tarjetas de salida digital 1 y 2 del controlador 145
Fig. 67: Diagrama de conexión de las tarjetas de salida digital 3 y 4 del controlador 146
Fig. 68: Diagrama de conexión de la tarjeta de salida digital 5 del controlador 147
Fig. 69: Diagrama de conexión de las celdas de carga del Batch 1. 148
Fig. 70: Diagrama de conexión de las celdas de carga del Batch 2 149
Fig. 71: Diagrama de conexión del medidor de flujo del Batch 1. 150
Fig. 72: Diagrama de conexión del medidor de flujo del Batch 2. 151
Fig. 73: Gráfico con pérdida esporádica y crónica. 173
Fig. 74: Ejemplo de un árbol de pérdidas 185
Fig. 75: Gráfico de estado ideal y real de consumo de una materia prima en la producción de
desinfectantes 186
Fig. 76: Herramienta en Excel para el seguimiento de los proyectos de análisis de pérdidas. 189
Fig. 77: Proceso de validación e inicio de una idea de reducción de pérdidas. 194
Fig. 78: Celda de seguimiento de la herramienta de loss analysis. 198
Fig. 79: Herramienta de Excel de seguimiento del portafolio de proyectos de loss analysis. 200
Fig. 80: Sistema on line de seguimiento del portafolio de proyectos de loss analysis de Colombia.
200
Fig. 81: Ventana de Ingresar Pérdida del sistema on line de Colombia. 201
Fig. 82: Ventana de Reportes del sistema on line de Colombia. 202
Fig. 83: Ventana de Formatos del sistema on line de Colombia. 203
Fig. 84: Celda de seguimiento de la herramienta de loss analysis de Colombia. 205
Fig. 85: Ventana de acceso al sistema de loss analysis de Barquisimeto. 206
Fig. 86: Ventana inicial del sistema de loss analysis de Barquisimeto. 208
14. xiv
Fig. 87: Ventana principal con el filtro de Categoría abierto. 209
Fig. 88: 2 filtros activos al mismo tiempo. 209
Fig. 89: Archivo de Excel exportado desde el sistema. 210
Fig. 90: Ventana principal con el filtro de la versión full. 211
Fig. 91: Ventana que se abre para crear un Nuevo proyecto. 212
Fig. 92: Ventana de Información Financiera. 213
Fig. 93: Ventana de Información Básica de un proyecto validado. 214
Fig. 94: Ventana de Equipo del Proyecto del sistema de loss analysis. 215
Fig. 95: Ventana de permisos de acceso del sistema de loss analysis. 215
Fig. 96: Ventana de documentos del sistema de loss analysis. 217
Fig. 97: Ventana de Planes de Acción del sistema de loss analysis. 218
Fig. 98: Ventana para adicionar planes de acción. 218
Fig. 99: Ventana de seguimiento del sistema de loss analysis. 219
Fig. 100: Ventana para adicionar seguimientos. 220
Fig. 101: Correo electrónico enviado con el seguimiento de un proyecto. 220
Fig. 102: Celda de seguimiento de la nueva herramienta de loss analysis de Venezuela. 222
15. CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
Desde sus inicios las industrias han buscado la forma de hacer más eficientes sus
procesos, de automatizarlos. Inclusive el hombre ha vivido épocas en que el crecimiento de las
industrias ha sido tan vertiginoso, que se han definido como momentos cruciales de la historia.
Por ejemplo, la revolución industrial, ocurrida a finales del siglo XVIII en el Reino Unido y
expandida al resto del mundo, o por ejemplo el nacimiento de la era informática a finales del
siglo XX. La búsqueda continua de mejorar la eficiencia de los procesos, de disminuir la mano
del hombre en la industria, de producir más en menos tiempo, ha arrojado un cambio tecnológico,
socioeconómico y cultural en el hombre.
Las industrias manufactureras forman parte de este crecimiento tecnológico; a través de
los años las actividades que dependen de la mano del hombre han sido reducidas; son cada vez
más las industrias manufactureras que cuentan con menos mano de obra y con más maquinas que
realizan distintos trabajos. Ahora bien, ¿cuál es el fundamento de estos cambios en la industria?
Principalmente la búsqueda del aumento de la producción y de la eficiencia de los procesos. Pero
además, las compañías han encontrado numerosas ventajas adicionales que las inclinan a buscar
respuesta a sus necesidades tecnológicas; entre éstas se pueden mencionar el aumento de la
seguridad industrial en las plantas, el aumento de la confiabilidad y estabilidad de los procesos,
entre otros. Estos factores han demostrado que la automatización es un paso clave para el
crecimiento de las plantas manufactureras, que los procesos manuales van a tender poco a poco a
ser computarizados; sin embargo, la razón por la cual la mayoría de las industrias todavía cuentan
con procesos manuales, es porque el capital necesario para hacer que los procesos sean
automáticos, es muy elevado. La primera pregunta entonces es ¿cuándo? ¿Cuál es el momento
indicado para realizar una inversión de capital significante para automatizar uno o varios
procesos? Esa respuesta la debe encontrar cada empresa, de acuerdo a sus necesidades y a las
reglas básicas del mercado, a la oferta y demanda. Una vez decidido automatizar un proceso, la
segunda pregunta es ¿cómo? La mayoría de los procesos pueden ser automatizados de varias
maneras, con distintos equipos que ofrecen diferentes servicios, por ende, la respuesta sale de
evaluar qué es realmente necesario para la operación y si vale la pena invertir los recursos
económicos en esa automatización.
16. 2
1. 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El presente trabajo refleja la respuesta de las dos preguntas planteadas previamente sobre el
proceso de manufactura de desinfectante de la planta de detergentes de Procter & Gamble de
Venezuela. Los gerentes de la planta dieron respuesta a la primera: existe la necesidad de
aumentar la capacidad de producción de desinfectantes; la empresa quiere invertir en lograr esto,
las soluciones varían desde aumento de personal hasta aumento de infraestructura para
conseguirlo, sin embargo, el proceso actual de la planta es manual, depende de un operador que
ejecute cada uno de los pasos necesarios para elaborar el producto, el tiempo de manufactura es
muy largo, los riesgos e inestabilidad son elevados. Existe un potencial todavía para aumentar la
eficiencia del proceso, por lo que surge la necesidad de automatizarlo. Así nace el siguiente
estudio en búsqueda de la respuesta de la segunda pregunta, ¿cómo realizar la automatización del
proceso, logrando aumentar la capacidad de producción de desinfectantes con el menor costo
posible?
El estudio se llevó a cabo en la planta de desinfectantes de Procter & Gamble de Venezuela,
ubicada en la ciudad de Barquisimeto, estado Lara. Dicha empresa cuenta con una planta de
producción de detergentes, una planta de producción cloro detergente y una planta de producción
de desinfectantes líquidos, ubicadas en la misma infraestructura. Los estudios que a continuación
se presentan se desarrollaron en la planta de desinfectantes líquidos, también llamados
limpiadores, de la corporación. Esta planta de limpiadores realiza 7 versiones diferentes
presentadas en 4 tamaños distintos, esto da un total de 28 sku.
La planta de limpiadores cuenta con una primera etapa de manufactura donde se llevó a cabo
este estudio, y una segunda etapa de llenado de botellas. La manufactura del desinfectante está
compuesta por 3 subprocesos: el control microbiológico de agua, el sistema de mezclado y el
almacenaje de producto; el primero se encarga de brindar la principal materia prima (el agua) en
las especificaciones requeridas, es decir, se encarga de tomar el agua de la red de distribución
pública y adecuarla para la elaboración del producto; el segundo por su parte, permite la unión de
todas las materias primas y da el proceso de mezclado, vital en la manufactura del producto; y
finalmente la infraestructura de almacenaje permite retener la solución mientras las líneas de
llenado van descargando el desinfectante. Estas tres áreas de manufactura son operadas en tres
turnos, por un operador en cada turno. El trabajo que ellos realizan consiste en manejar todos los
equipos de forma tal que se lleve a cabo todo el proceso. Cabe destacar que la planta de cloro está
17. 3
ubicada físicamente al lado de la de limpiadores y que ésta cuenta con la misma cantidad de
operadores, uno por turno para tres turnos.
El sistema automatizado fue diseñado para la etapa de mezclado y la etapa de almacenaje del
producto. De esta forma, las principales oportunidades para el aumento de capacidad de la
manufactura del producto, radica en los siguientes puntos:
• Los pasos para la elaboración del producto se realizan en serie (uno tras otro), por lo tanto
el tiempo de ejecución del proceso es muy lento.
• Existen muchísimos riesgos e incidentes de seguridad debido al constante contacto del
operador con el proceso. Además, estos incidentes afectan la producción del producto.
• Existen constantes pérdidas por errores humanos en la fabricación del producto.
• Existen sólo 4 tanques de almacenamiento para 7 versiones distintas permitiendo que el
potencial de almacenaje se vea desaprovechado constantemente.
La causa principal de tres de los cuatro puntos mencionados es que todas las actividades son
ejecutadas manualmente por el operador. La apertura de válvulas, encendido de bombas, drenaje
del producto, entre otras, son las tareas que ejecuta directamente el personal.
La consecuencia más grave de esta situación es que la producción varía mucho, las metas
diarias no se cumplen por lo que se debe invertir recursos en planificar de nuevo los batidos; al
no cumplirse la producción disminuye el inventario disponible de producto terminado hasta que
llegue un punto de que no se disponga de producto para el cliente.
De esta forma la propuesta se fundamenta en el diseño de un sistema automatizado para el
sistema de mezclado y almacenaje de la producción de desinfectantes buscando disminuir las
actividades del operador, permitiéndole que las pueda ejecutar pulsando un botón desde una
estación remota; así el tiempo de ejecución de cada tarea disminuiría, aumentando la cantidad de
producto realizado por unidad de tiempo. El sistema automatizado será un sistema SCADA; dos
computadoras habilitarán las funciones de interfaz gráfica del proceso, control supervisorio y
generación de reportes. En resumen, el operador podrá controlar el mezclado y el almacenaje del
producto desde una computadora para así poder ejercer otras funciones. Inclusive el sistema
guarda los históricos de producción para llevar un mejor control de la producción.
18. 4
El diseño del proyecto se divide en dos grandes etapas: el diseño en detalle de la
instrumentación y el básico del sistema de control. El primero define los dispositivos a instalar en
el proceso para tomar la data necesaria para ejecutar el control, mientras que el segundo, consta
de la definición del sistema SCADA a implementar con todos los diseños necesarios.
Debido a que se trata de un diseño que al final del período de pasantía no va a ser ejecutado,
se incluyó también en el alcance del proyecto, la elaboración de un simulador que muestre el
comportamiento del futuro sistema a implementar, en la línea de producción de desinfectantes.
Dicho software se realizó en LabView 8.0 de National Instruments y servirá de soporte para la
demostración de los beneficios que se prometen con el sistema automatizado.
El trabajo consta de siete capítulos, introducción, la empresa, marco teórico, marco
metodológico, sistema SCADA para el proceso de manufactura de limpiadores, análisis de
resultados, conclusiones y recomendaciones y por último referencias bibliográficas. En el
primero se presenta el problema a atacar, la justificación del mismo y los objetivos.
Posteriormente se expone información sobre la compañía donde se desarrolló el presente estudio.
En el marco teórico se define qué es un desinfectante y cuáles son sus componentes, el proceso
actual de la planta, qué es un sistema SCADA y los diferentes protocolos de control. En el marco
metodológico se expone la metodología de diseño seguida para la ejecución del presente trabajo y
las normas de calidad y seguridad industrial que aplican. En el quinto capítulo se detalla el diseño
del sistema automatizado, además se describe el simulador realizado para obtener los resultados
prácticos del diseño. En el sexto se exponen y analizan los resultados obtenidos de las
simulaciones. Finalmente, en los últimos capítulos se plasman las conclusiones del presente
trabajo y las referencias bibliográficas.
Paralelo al presente trabajo se desarrolló un estudio en el departamento de finanzas de la
empresa. Éste fue la mejora del sistema de seguimiento de los proyectos de análisis de pérdidas
de la planta de Barquisimeto de Procter & Gamble. El desarrollo de este estudio se presenta en el
Apéndice E del presente documento.
1. 2 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
En estos momentos el mercado de desinfectantes está aumentando, el número de clientes está
creciendo considerablemente brindándole a la compañía una oportunidad de negocio positiva. Sin
embargo, también es cierto que la situación política ha influido en la percepción de la estabilidad
19. 5
de los negocios en el país, por ende la percepción de riesgo de las inversiones de la compañía en
Venezuela es alto. Es por esto que las directrices se han inclinado en exigir una justificación
económica convincente, para todos los proyectos que impliquen inversión de capital. Este es el
foco de los proyectos actuales de la compañía, traer los beneficios del proyecto acompañados de
ventajas económicas y recuperación de inversión rápida. De este modo, se presenta a
continuación las ventajas del proyecto de automatización de la planta de manufactura de
limpiadores que fueron presentadas como justificación del proyecto para los líderes de la
compañía para que se diera marcha al diseño del mismo. Inclusive, más adelante se presentan los
resultados del estudio financiero del proyecto donde se demuestra la factibilidad económica del
mismo.
Culminada la implementación del sistema automatizado para el proceso de manufactura de
limpiadores, se obtendrán los siguientes beneficios:
• Incremento de la capacidad de producción.
• Ahorros por reducción de pérdidas de materiales.
• Ahorros por mejor aprovechamiento del personal.
• Aumentar la seguridad de los empleados.
• Aumentar la seguridad de la planta y por consiguiente su estabilidad de producción
(mayor tiempo entre paradas).
• Documentación del proceso actual de manufactura y del diseño del sistema automatizado.
Posteriormente se describe que el proyecto cumple con las exigencias financieras de la
compañía para los proyectos que requieren inversión de capital, asegurando así un provechoso
negocio que contribuirá al crecimiento de la empresa en Venezuela, específicamente en la planta
de Barquisimeto.
1. 3 OBJETIVOS
1. 1. 1 Objetivos generales
Presentar a la compañía una opción de cambio de la operación del proceso de manufactura de
desinfectantes basada en un sistema automatizado de supervisión y control.
20. 6
1. 1. 2 Objetivos específicos
• Presentar una propuesta de diseño en detalle de la instrumentación del sistema de
mezclado y almacenaje del proceso de manufactura de limpiadores.
• Presentar una propuesta de diseño básico de un sistema de control supervisorio para el
sistema de mezclado y almacenaje proceso de manufactura de limpiadores.
• Demostrar, por medio de un simulador de la propuesta de diseño, si con la
implementación del proyecto se obtienen los siguientes beneficios:
Incremento de la capacidad de producción en un 25%.
3M$ de ahorros por reducción de pérdidas de materiales.
36M$ de ahorros por mejor aprovechamiento del personal.
Aumentar la seguridad de los empleados.
Aumentar la seguridad del proceso de manufactura y por consiguiente su
estabilidad de producción (mayor tiempo entre paradas).
• Documentación del proceso actual de manufactura y del diseño del sistema automatizado.
1. 4 HIPÓTESIS
La capacidad de producción de la planta de manufactura de limpiadores aumentará en un 25%
con la implementación del sistema automatizado. Además que se podrá disponer del operador de
la operación para otro departamento, ya que las actividades manuales de la etapa de mezclado
serán eliminadas y las tareas del control microbiológico del agua las ejecutará el operador de la
planta de cloro.
21. CAPÍTULO II
LA EMPRESA
Procter & Gamble es el resultado de una tradición de más de 160 años. Nació cuando
William Procter y James Gamble fundaron una pequeña compañía para la producción de velas y
jabones en la ciudad de Cincinnati, Ohio.
La iniciativa de estos dos soñadores ha crecido hasta convertirse en una de las principales
compañías manufactureras del planeta. Actualmente las ventas de la empresa a escala mundial
rebasan los 50 mil millones de dólares anuales y su nombre, sus marcas y los artículos de
consumo que produce son reconocidos en los hogares de todo el mundo. Procter & Gamble tiene
operaciones en alrededor de 80 países y vende más de 300 marcas de productos en más de 140
naciones.
2. 1 HISTORIA
Procter & Gamble fue fundada en el año 1837 por William Procter y James Gamble. El
negocio de la compañía se dedicó durante sus primeros años exclusivamente a la producción de
jabón y velas, aunque las ventas de las velas sufrieron bajas enormes con el surgimiento de la luz
eléctrica. De igual forma, la compañía fue creciendo poco a poco, y para 1859 ya contaba con
más de 80 empleados y ventas por encima del millón de dólares. Años más tarde desarrollaron el
primer producto que revolucionó el mercado, Ivory. Este jabón fue tan especial para la compañía
(y el mercado) debido a su alta calidad, inclusive mejor a lo que se ofrecía en ese momento en el
mercado, por un costo muy bajo.
Muy pronto, la compañía comenzó a vivir de la renta de este nuevo producto, ampliando sus
plantas y llevando su negocio a localidades más allá de los límites de Cincinnati. Además,
innovaron la manera en la que se maneja al recurso humano mediante la implantación del sistema
de repartición de ganancias, bajo el cual todos los empleados podían adquirir acciones de la
empresa o recibirlas como parte de pago. Con este hecho no solo se lograba que el empleado se
diera cuenta del rol que juega dentro de la empresa y de cómo su desempeño afecta el
rendimiento de la misma, sino que se reflejaban también los valores bajo los cuales fue fundada
Procter & Gamble, en los que se establece que el recurso más importante que tienen es su gente.
22. 8
Para Julio de 1950 The Procter&Gamble Company, con sede en Cincinnati, estado de Ohio,
USA. Registra formalmente en Venezuela su primera subsidiaria en Suramérica. Para 1952, se
funda la primera planta en Venezuela, ubicada en la Yaguara, Caracas para la elaboración de
detergente ACE y jabón tocador CAMAY.
En 1981 P&G inaugura la moderna planta de Barquisimeto para reforzar la capacidad de
producción de la planta de la Yaguara. La planta inicia operaciones fabricando ACE y luego
ARIEL, estos productos pasan a ser líderes en el mercado nacional. En 1989 a tono con las
circunstancias económicas del país, se comienza a producir RINDEX, un detergente popular de
calidad. Para el décimo aniversario de la planta se cuenta con 203 personas para la producción de
Ace, Ariel, Ariel Baja espuma, Bold-3, Ariel Sin Aroma, Ace Limón, Rindex, y Ariel y Ace para
exportación.
En 1993 comienza el plan de conversión de empaques a bolsas plásticas, implicando un gran
proceso de actualización tecnológica. Para el año de 1995 Planta Barquisimeto ya produce el
100% de los detergentes que P&G comercializa en Venezuela., siguiendo la consolidación de la
producción de Planta Caracas en 1994. En 1997 Se inaugura un moderno Centro de Distribución
y una planta para la producción de Cloro y productos limpiadores LAVANSAN, con una
inversión total que supera los 15 millones de dólares.
En el vigésimo aniversario la planta, en el 2001, cuenta con 468 trabajadores. A principios
del año 2004 se empieza la fabricación del desodorante MUM Bolita al consolidar las
operaciones de la planta de Maracay. A inicios del año 2006 se comienza la producción de
suavizante Downy de la marca Ariel.
Hoy en día la planta cuenta con 857 trabajadores y produce detergentes Ace, Ariel, Bold,
Rindex y Fab; desodorante MUM Bolita; desinfectantes Lavansan; cloro Lavansan; y suavizante
Downy.
2. 2 FUNCIÓN DE PROCTER & GAMBLE DE VENEZUELA
En esta sección se exploran las diversas funciones básicas de la empresa: Producción,
comercialización, financiamiento y aprovisionamiento.
23. 9
2. 2. 1 Producción
La principal actividad que desempeña la planta consiste en la manufactura de productos de
consumo masivo. Para esto cuenta con diversas líneas de producción y de empaque destinadas a
la fabricación de diversos tipos de productos, entre los cuales podemos nombrar a los detergentes
ACE y ARIEL, cloro Lavansan, desodorante MUM Bolita y otros. La función de producción es
llevada a cabo por diversos departamentos que en conjunto aseguran que las variables de los
procesos se mantengan en línea según los estándares. De esta manera, existen departamentos de
calidad, fabricación, empaque e ingeniería interactuando estrechamente durante el proceso de
producción.
2. 2. 2 Comercialización
Las oficinas y los agentes de ventas, encargados de la comercialización de los productos
terminados, no tienen líneas de reporte con la planta y por ende constituyen una función
independiente. Sin embargo en las instalaciones de planta Barquisimeto se encuentra un centro
de distribución que almacena la totalidad de productos suministrados en el país.
2. 2. 3 Financiamiento
El financiamiento de todos los proyectos de ingeniería y actividades diarias de la empresa se
obtiene mediante presupuestos asignados desde las oficinas generales. En la planta se realiza el
seguimiento de los gastos y el análisis financiero de los proyectos a ejecutar, con el objetivo de
determinar su viabilidad financiera y ayudar en la asignación de prioridades. Como es de
imaginar el dinero nunca es una limitante para la realización de los proyectos. Se debe verificar
que los análisis financieros resultan positivos para que se aprueben los fondos necesarios.
2. 2. 4 Aprovisionamiento
La función de aprovisionamiento de materiales es llevada a cabo entre un equipo de
compradores regionales y un equipo local de logística ubicado en planta.
24. 10
2. 3 MISIÓN
“Suministrar productos de valor superior siempre a tiempo, y alcanzar nuestra Necesidad
Apremiante de Negocio (CBN), a través de la eliminación de pérdidas y la implantación efectiva
de los procesos que componen los Pilares del Sistema Integrado de Trabajo (IWS).”
2. 4 VISIÓN
“Somos el modelo a seguir por el resto de las plantas a nivel mundial. Suministramos
productos sin defectos, a tiempo y al más bajo costo posible, satisfaciendo siempre las
necesidades de nuestros clientes dentro y fuera de Venezuela.
Nos comportamos como dueños del negocio. A diario tomamos decisiones acertadas,
basándonos en nuestros Principios Corporativos. Somos ágiles, emprendedores, y altamente
productivos, formando así una organización flexible y enfocada a alcanzar resultados excelentes.
Tenemos un sistema de crecimiento y desarrollo justo, basado en el cumplimiento y la superación
de los objetivos de cada persona y de los equipos de trabajo.
Mantenemos todos nuestros procesos y variables en control, lo que nos permite operar sin
defectos y sin accidentes. A su vez vivimos con placer un proceso continuo de mejora, de
innovación y cambio, reaplicando también las experiencias exitosas de otras organizaciones.
Logramos ser expertos en nuestra labor a través del auto-entrenamiento y la práctica constante en
el trabajo diario.”
2. 5 VALORES
2. 5. 1 Nuestra gente
“Atraemos y reclutamos a la mejor gente en el mundo. Desarrollamos nuestra organización
desde adentro, promoviendo y recompensando a la gente sin otra distinción que la de su
desempeño. Actuamos bajo la convicción de que las mujeres y los hombres que laboran en
Procter & Gamble de Venezuela serán siempre nuestro activo más importante.”
25. 11
2. 5. 2 Liderazgo
“Somos líderes en nuestras diferentes áreas de responsabilidad, con un profundo compromiso
de alcanzar resultados de liderazgo. Tenemos una visión muy clara de hacia dónde nos dirigimos.
Enfocamos nuestros recursos en lograr objetivos y estrategias ganadoras. Desarrollamos la
capacidad para llevar a cabo nuestras estrategias y eliminar barreras organizacionales.”
2. 5. 3 Propiedad
“Aceptamos la responsabilidad personal de cubrir las necesidades del negocio, mejorar
nuestros sistemas y ayudar a otros a mejorar su efectividad. Nos consideramos dueños de nuestro
negocio: tratamos los activos de la compañía como propios y tenemos en mente el éxito de la
misma a largo plazo.”
2. 5. 4 Integridad
“Siempre tratamos de hacer lo que es correcto. Somos honestos y francos con cada uno de
nosotros. Operamos siempre dentro de la letra y el espíritu de la ley. Tenemos presentes los
valores y principios de Procter & Gamble en cada una de nuestras acciones y decisiones.
Fundamentamos nuestras propuestas con datos y con honestidad, incluyendo el reconocimiento
de los riesgos involucrados.”
2. 5. 5 Pasión por ganar
“Estamos decididos a ser los mejores poniendo todo nuestro esfuerzo en lo que realmente es
importante. No nos conformamos con el estado actual del negocio y buscamos siempre nuevas
opciones que nos permitan ser más eficientes. Tenemos un apremiante deseo por mejorar y por
ser líderes en el mercado.”
26. 12
2. 5. 6 Confianza
“Respetamos a nuestros compañeros de Procter & Gamble, a nuestros clientes y a nuestros
consumidores, y los tratamos de la misma manera en que queremos ser tratados. Tenemos
confianza en la capacidad y en las intenciones de los demás. Creemos que la gente trabaja mejor
cuando existe un ambiente basado en la confianza.”
2. 6 PRINCIPIOS
“Demostramos respeto por todos los individuos: Creemos que todos los individuos pueden
contribuir al máximo de su potencial. Valoramos las diferencias individuales. Inspiramos y
facultamos a la gente para alcanzar grandes expectativas, estándares y metas ambiciosas. Somos
honestos con la gente sobre su desempeño.
Los intereses de la compañía y del individuo son inseparables: Creemos que hacer lo que es
correcto para el negocio, con integridad, nos llevará a un éxito mutuo tanto a la compañía como
al individuo. Nuestra búsqueda por el éxito nos une. Estimulamos en nuestros empleados el
convertirse en accionistas de la compañía y el comportarse sobre la base del sentido de
propiedad.
Tenemos un enfoque estratégico en nuestro trabajo: Operamos con objetivos y estrategias
claramente expresados y alineados. Solamente realizamos y requerimos trabajo que añada valor
al negocio. Simplificamos, uniformamos y hacemos más eficiente nuestro trabajo cada vez que
sea posible.
La innovación es la piedra angular de nuestro éxito: Valoramos grandemente nuevos
desarrollos e innovaciones para los consumidores. Retamos lo convencional y reinventamos la
manera de trabajar para ganar en el mercado.
Estamos enfocados hacia el exterior: Desarrollamos un entendimiento superior de los
consumidores y de sus necesidades. Creamos productos, empaques y conceptos que desarrollan
marcas ganadoras. Desarrollamos relaciones cercanas y mutuamente productivas con nuestros
clientes y proveedores. Somos buenos ciudadanos corporativos.
27. 13
Valoramos la maestría personal: Creemos que cada individuo es responsable de desarrollarse
continuamente a sí mismo y a otros. Alentamos y esperamos maestría técnica sobresaliente y
excelencia en la ejecución.
Buscamos siempre ser los mejores: Nos esforzamos en ser los mejores en todas las áreas de
importancia estratégica para la compañía. Medimos rigurosamente nuestra ejecución contra los
mejores, tanto interna como externamente. Aprendemos de nuestros éxitos y de nuestros fracasos.
La interdependencia mutua es nuestra forma de vida: Trabajamos juntos con certidumbre y
confianza entre funciones, sectores, categorías y geografías. Nos enorgullecemos de los
resultados alcanzados al haber reaplicado las ideas de otros. Mantenemos excelentes relaciones
con todas las entidades que contribuyen al logro de nuestro propósito corporativo, incluyendo
nuestros clientes, nuestros proveedores, universidades y gobiernos.”
2. 7 ORGANIZACIÓN
La empresa tiene una organización definida a nivel mundial, la misma está estructurada por
unidades globales con funciones específicas. Sin embargo, el alcance de la estructura
organizativa descrita a continuación es el de la planta de Barquisimeto y más específico aún, los
departamentos donde se desarrolló el presente estudio.Dentro de la planta existe un equipo de
liderazgo conformado por los gerentes de cada departamento. Ellos son los responsables de los
procesos y resultados internos de la planta. En la Fig. 1 se muestra el organigrama general para la
planta de Barquisimeto.
Gerentede
operaciones de
líquidos
Gerentede
operaciones de
detergentes
Gerentede
operaciones de
desodorantes
Gerentede
ingeniería
Gerentedelogística
GerentedeRRHH
Gerentedefinanzas
Supervisorde
sistemas
Gerentedeplanta
Fig. 1: Organigrama general de Procter & Gamble, planta Barquisimeto.
28. 14
Los departamentos involucrados en el desarrollo del presente trabajo son el departamento de
ingeniería y el de líquidos. Por una parte, el desarrollo del estudio se elaboró en las áreas de
ingeniería pero además se requirió todo el soporte del personal del área de líquidos para poder
realizar los estudios de campo. De esta forma, se puede observar en la Fig. 2 el organigrama del
departamento de ingeniería.
Gerentede
ingeniería
Controladorde
costos
Ingenierode
proyectos de
desodorantes
Ingenierode
proyectos de
detergentes
Ingenierode
proyectos de
líquidos
Líderdeseguridad
Supervisorde
construcciones
Líderdeoptimizaciónde
materiales yprocesos de
manufactura
Líderdeoptimizaciónde
materiales yprocesos de
empaque
Líderdecalidad
Líderdelaboratorios
Pasante
Fig. 2: Organigrama del departamento de ingeniería de la planta de Barquisimeto.
El cargo de pasante que se muestra en la Fig. 2 es un trabajo temporal que tuvo como
objetivo el desarrollo del presente trabajo. La pasantía se elaboró con soporte directo del
ingeniero de proyectos de líquidos y el gerente de ingeniería del mismo departamento. En el área
de operaciones de líquidos también se obtuvo mucho soporte, específicamente, la organización de
este departamento se puede observar en la Fig. 3.
Los cargos más involucrados en el presente estudio fueron el gerente de operaciones de
líquidos, el gerente de línea, los ingenieros de procesos, el líder de calidad y los operadores de
manufactura de desinfectantes.
29. 15
Gerentede
operaciones de
líquidos
Gerentedelínea
Ingeniero de
proceso
Ingeniero de
proceso
Líderdegrupo de
llenado
Líderdegrupo de
manufactura
Líderdegrupode
sopladoras
Operador
Operador
Operador
Operador
Operador
Operador
Operador
Operador
Operador
Líderdecostos Líderdecalidad Líderdemateriales
Fig. 3: Organigrama del departamento de líquidos de la planta de Barquisimeto.
30. CAPÍTULO III
MARCO TEÓRICO
Para realizar el diseño del sistema automatizado es necesaria la documentación de los puntos
teóricos necesarios para el desarrollo del proyecto. Estos puntos son la base teórica para las
soluciones planteadas en los capítulos posteriores. A continuación se presentan dichos temas con
la descripción respectiva de cada uno.
3. 1 DESINFECTANTES LÍQUIDOS
“Un desinfectante es un agente químico que destruye o inhibe el crecimiento de
microorganismos patógenos en fase vegetativa o no esporulada. Los desinfectantes no
necesariamente matan todos los organismos, pero los reducen a un nivel que no dañan la salud ni
la calidad de los bienes perecederos. Los desinfectantes se aplican sobre objetos y materiales
inanimados, como instrumentos y superficies, para tratar y prevenir la infección” [1].
Dentro de este amplio concepto, se encuentra una aplicación única: los desinfectantes de
superficies rígidas. Estos desinfectantes son una categoría especiales de químicos usados para
librar de sucio y bacterias diversas superficies: mesas, sillas, suelos, baños, superficies de
madera, mármol, cerámica, granito, entre muchísimas opciones más. Son comúnmente utilizados
para limpiar los hogares [1].
Los desinfectantes multiusos para superficies rígidas están compuestos por agua y por un
elemento activo. Dicho elemento es el que se encarga de eliminar las bacterias con la cual el
producto tiene contacto, es decir, el que limpia la superficie. El agua se utiliza para brindarle al
consumidor un producto seguro gracias a una previa dilución de sus componentes además de
permitir una fácil manipulación a la hora de usarlo. A estos dos elementos se le agregan otros
compuestos para mejorar el comportamiento del desinfectante y para adecuarlo mejor al usuario.
A continuación se mencionan los elementos adicionales usados por Procter & Gamble con una
breve explicación de cada uno.
Activo o desinfectante: Es el elemento emulsionante de la solución. La emulsión es una mezcla
estable y homogénea de dos líquidos que normalmente no pueden mezclarse, (son inmiscibles
31. 17
entre ellos). De este modo, cuando se utiliza el producto sobre una superficie, el activo realiza la
emulsión entre las grasas y la solución para poder removerlas, limpiado así dicha superficie.
Además cumple la función de bactericida, elimina las bacterias de la superficie donde es aplicado
el producto.
Preservante: Cuando el desinfectante entra en contacto con esponjas sucias se llenan de bacterias
que pueden disminuir el tiempo de vida útil del producto; para alargar y preservar el tiempo del
desinfectante, se le agregan dos componentes que mantiene en buen estado la solución.
Controlador de pH: El pH de la solución debe mantenerse bajo para evitar el crecimiento de
microorganismos. Por ello, se le agregar un componente controlador de pH, es específicamente
un ácido, que garantiza que el producto final cumpla con esos estándares.
Colorante y perfume: Para familiaridad y gusto del consumidor, al desinfectante se le agregan
componentes para darle un buen aroma y un buen color. De esta forma el consumidor se sentirá
más a gusto de utilizar el producto.
No-iónico: Este material une las partes iónicas y no iónicas de la solución. Se encarga de romper
la tensión superficial de los materiales con el objetivo de homogenizar la solución. De este modo
el agua, el preserverante, el perfume y el activo pueden formar una única solución.
Quelante: Este material atrapa las partículas cargadas, específicamente los iones, con el objetivo
de limpiar la superficie donde será aplicado el desinfectante.
3. 2 PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN PARA LA ELABORACIÓN DE
LIMPIADORES
Como se mencionó anteriormente en la planta de Barquisimeto se realizan 7 versiones de
desinfectantes, dividas en 2 categorías: cítricas y no cítricas. En la primera entran las versiones
Lavanda, Floral, Ola de limpieza y Ternura; en la segunda están las versiones Limón, Naranja y
Toronja – mandarina. Cada una de estas versiones tiene una fórmula diferente, un proceso de
transformación de materias primas distinta. Sin embargo, se puede definir un proceso de
32. 18
transformación de elaboración del producto para cada categoría y dentro de estos procesos, lo que
varía según versión, son las cantidades de cada materia prima. De esta forma, en la Fig. 4 se
puede observar el proceso de transformación de materias para las versiones no cítricas.
La manufactura está compuesta por 8 pasos vitales de transformación. El primero y el
segundo implican una limpieza y purificación del agua a utilizar. Esta limpieza consta de un
filtrado de partículas grandes, una cloración, mineralización – también llamada suavización del
agua – y un control de ozono.
Filtración: Se realiza con el objetivo de eliminar partículas macroscópicas que trae el agua de la
red de distribución pública. Estas partículas son malignas para el proceso ya que proveen de un
agua sucia e indeseada. El proceso de filtrado además incluye la reducción del cloro, orgánicos,
color, sabores y olores objetables del agua.
Cloración: “El cloro tiene una potencia y persistencia germicida de amplio espectro en los
sistemas de distribución de agua. Además, su capacidad para abordar eficiente y económicamente
otros muchos sistemas de tratamiento de agua, también ha contribuido a su amplio uso” [2]. La
cloración se utiliza para evitar el desarrollo bacteriológico vegetal o animal, oxidar sustancias
orgánicas, fomentar la floculación y reducir los olores. De esta forma se busca con la cloración
desinfectar el agua a utilizar para la manufactura del producto.
Suavización: “Los suministros de agua natural contienen sales disueltas, las cuales se disocian en
el agua para formar partículas con carga, conocidas como iones. Estos iones están presentes por
lo general en concentraciones relativamente bajas, y permiten que el agua conduzca electricidad.
Algunas veces se conocen como electrolitos. Estas impurezas iónicas pueden causar problemas
en los sistemas de enfriamiento y calefacción, generación de vapor, y manufactura. Los iones
comunes que se encuentran en la mayoría de las aguas incluyen los cationes de carga positiva;
calcio y magnesio—cationes que generan dureza, los cuales hacen que el agua sea “dura”—y
sodio. Los aniones de carga negativa incluyen alcalinidad, sulfato, cloruro, y silicio” [5]. La
suavización de agua debe realizarse para eliminar estas impurezas que traen efectos negativos al
proceso; así se previene la erosión y desgastes de los equipos, el sucio (contaminación) en el
producto final, entre otros.
34. Control de ozono: “La molécula de ozono es uno de los oxidantes más poderosos que se conocen
después del fluoruro, con una velocidad de reacción tres mil veces superior a la del cloro. Debido
a esto, el ozono oxida hierro, manganeso y otros metales pesados. Destruye virus, bacterias,
hongos, esporas, algas y protozoos. Es apto para descomponer detergentes, pesticidas y otras
muchas sustancias orgánicas presentes en el agua. Además, neutraliza cianuro, amoniaco, nitritos
y urea. Todo esto lo hace muy apropiado para el tratamiento de todo tipo de aguas ya que
recupera las características comunes del agua eliminando todo tipo de sabores, colores y olores
extraños” [6].
Es por esto que con el control de ozono se cierra el ciclo de purificación del agua; el objetivo
que se busca es eliminar el residuo bacterial que resta de los procesos previos. Para esto se utiliza
un equipo ozonador que se encarga de suminístrale el elemento al agua. Sin embargo, el control
de ozono del agua consta de dos partes, la agregación del mismo y la eliminación. Las
radiaciones de ozono son malignas para el operador, por lo tanto, después de agregarle el ozono y
dejar que éste elimine las bacterias, se suprime haciéndole incidir al agua rayos ultravioleta por
un tiempo específico. Así finaliza este proceso de purificación del agua.
El tercer paso es el primer mezclado. Este mezclado tiene la función de controlar el pH del
agua, para ello se vierte en un tanque mezclador una proporción específica de la primera materia
prima por la cantidad de agua a utilizar y se mezclan por un tiempo finito, De este modo se
obtiene el equilibrio de la solución y un cambio de pH en el agua. El cuarto paso implica la
verificación del pH, se realiza el análisis de laboratorio para corroborarlo en la solución; si éste
está dentro de los estándares esperados, el proceso continúa; de lo contrario, se le realizan ajustes
manuales para lograr el objetivo.
El punto cinco es el prepesado del colorante. El material debe ser extraído de su empaque
primario para pesar la cantidad necesaria para el batido. Una vez completado el paso 4 y 5, se
procede al paso 6 el cual es el segundo batido; el objetivo de éste es realizar el producto, en este
paso se agrega el resto de las materias primas; y se mezclan por un tiempo específico. Después de
este paso se procede a hacer los análisis de laboratorio de todas las variables de la solución y
finalmente, si el producto se encuentra dentro de los estándares, se almacena.
En la Fig. 5 se muestra el proceso de transformación de materias para las versiones cítricas.
36. El proceso es muy similar al de las versiones no cítricas, sin embargo, los tiempos de adición
y el orden de adición de los materiales son distintos. En la Fig. 5 se puede observar que las únicas
diferencias con respecto a la Fig. 4 es que en el paso 3, en el primer mezclado se agregan más
materias primas. Debido a este cambio, el paso 6 también sufre una pequeña diferencia ya que no
se agregan los materiales que ya se adicionaron en el paso 3. De este modo se completa el
diagrama de transferencias de manufactura de desinfectantes.
3. 3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Para la elaboración de desinfectante se sigue un proceso específico. Luego de la elaboración
se procede al llenado de las botellas y al almacenamiento del producto terminado en el almacén;
estas últimas partes se escapan del alcance del proyecto, el cual se refiere sólo a la elaboración
(manufactura) del producto. El proceso actual de la planta para elaborar limpiadores consta de
tres etapas, la primera se encarga del control microbiológico del agua, la segunda es el mezclado
de todas las materias primas involucradas y finalmente el almacenaje del producto elaborado.
3. 3. 1 Sistema de control microbiológico del agua
La primera etapa del proceso de manufactura consta de un control microbiológico del agua;
esto implica una limpieza micro para garantizar que el líquido esté dentro de los estándares de
calidad de producción. Al final de esta etapa, el agua, la cual es la principal materia prima, queda
lista para la realización del desinfectante. En la Fig. 6 se muestra el esquema de esta primera
etapa del proceso.
Fig. 6. Esquema del sistema de control microbiológico de agua del proceso de manufactura de desinfectantes.
37. 23
El proceso inicia en la toma de agua de la red de distribución pública; ésta es almacenada en
el primer tanque, llamado tanque 400 (ver Fig. 6), el cual tiene una capacidad de 400.000 litros
de agua. Dicho tanque alimenta además de la planta de desinfectantes, la planta de desodorantes y
de suavizantes; sin embargo, el esquema mostrado es únicamente para la planta de desinfectantes.
En este tanque se realiza el control de cloro del agua, de este modo, se diluye o se realiza una
cloración del agua dependiendo del estado inicial del líquido.
Posteriormente, el tanque 400 se conecta a dos filtros de arena que se encargan de eliminar
las partículas que contenga el líquido, estos filtros están ubicados en la misma área física del
tanque 400. Una vez filtrada, el agua llega a un equipo que controla los minerales del agua, a éste
se le denomina el suavizador de agua. Este equipo se ubica a 30 metros aproximadamente de los
filtros de arena. Posteriormente el agua es ozonada en la siguiente etapa del proceso; el ozonador
es el equipo que realiza esta tarea y se encarga de agregar y controlar las ppm1
de ozono del agua
con el objetivo de eliminar impurezas como se mencionó anteriormente. La ubicación física del
ozonador es contigua al suavizador del agua. Después de este proceso, el agua queda circulando
en un lazo de tuberías que permite que esté disponible para cuando se necesite. De este modo,
cuando se vaya a realizar un mezclado (en la siguiente etapa) se debe eliminar el ozono agregado
previamente; este proceso se realiza mediante una lámpara que emite luz ultravioleta. Después de
mantener encendida dicha lámpara por 5 minutos (como mínimo), el agua está lista para ser
utilizada en el batido del producto.
En la Fig. 7 se muestra un diagrama con las fronteras de esta etapa, las entradas y salidas a
otros subprocesos.
Control microbiológico
de agua
Agua de la red de
distribución pública
Mustras
Resultado de análisis
Agua acondicionada para
el producto
Energía
eléctrica
Cloro,
sal,
ozono
Fig. 7: Fronteras del control microbiológico de agua.
1
Partículas por millón (ppm)
Muestras
38. 24
El control microbiológico del agua convierte, como se puede observar en la Fig. 7, el agua de
la red de distribución pública en agua acondicionada para la elaboración del producto. Estas son
la entrada y salida principales de esta etapa. Adicionalmente, para llevar a cabo esta
transformación, se utiliza cloro, sal y ozono como materiales desinfectantes y energía eléctrica
para energizar los equipos purificantes. Otras salidas secundarias de esta etapa son los resultados
de análisis que son almacenados para tener un histórico de reportes archivados para obtener datos
estadísticos sobre las variables del agua; y las muestras de producto que son enviadas a la planta
de desodorantes y suavizantes para que sean calificadas.
3. 3. 2 Sistema de mezclado
Una vez que el agua está lista para ser utilizada, se comienza el proceso de mezclado de las
materias primas. El presente trabajo se enfoca en esta parte del proceso. El objetivo de esta etapa
es el hacer el producto, es aquí donde se logra como resultado el limpiador. La planta es capaz de
producir 7 versiones distintas, las cuales se dividen en dos categorías cítricas y no cítricas; en la
primera categoría se encuentran las versiones Lavanda, Ternura, Floral y Ola de limpieza; entre
las no cítricas están las versiones Limón, Naranja y Toronja - Mandarina. Internamente esta etapa
está compuesta de varias partes. En la Fig. 8 se presenta un diagrama del proceso para el
mezclado con las distintas secciones identificadas.
Este sistema de mezclado consta de un espacio para las materias primas, una etapa de
premedidas y los mezcladores. Estas tres partes se pueden identificar en la Fig. 8. El espacio para
materias primas sostiene 12 pipas de materias primas diferentes. En la Fig. 9 se puede distinguir
este espacio.
El espacio de materias primas, es una región exclusiva del proceso para colocar las pipas de
materias primas. Todas las versiones de desinfectantes tienen un uso común de cinco materias
primas; mientras que cada una tiene un uso único de colorante y perfume. La disposición de las
materias primas es como se muestra en la Fig. 9 y las presentaciones de cada una son como se
muestra en la Tabla 1.
39. 25
Activo No iónico PreserveranteQuelante Ácido
Activo No iónico PreserveranteQuelante Ácido
Fig. 8: Esquema del sistema de mezclado del proceso de manufactura de desinfectantes.
Activo No iónico PreserveranteQuelante Ácido
Fig. 9: Esquema del espacio de materias primas del sistema de mezclado.
40. 26
Tabla 1: Presentación de las materias primas
# Materia Prima Presentación Capacidad
1 Activo Cubitainer 200 lts
2 No iónico Pipa 200 lts
3 Quelante Cubitainer 200 lts
4 Controlador de pH Pipa 200 lts
5 Preserverante Pipa 200 lts
6 Perfumes Pipa 200 lts
7 Colorantes Pipa 5 Kg
Los colorantes se ubican a parte de las materias primas mostradas en la Fig. 9. Éstos se
almacenan en un estante cercano a la operación de manufactura; la razón por la cual no se coloca
el estante en el esquema de la Fig. 9 es porque no pertenece al proceso. De este estante se toma
una pipa y se acerca al proceso de manufactura donde se cuenta con una balanza; aquí se realiza
el pesaje del material para luego utilizarlo en la elaboración.
El sistema de tanques de premedidas (TPM) está compuesto por los tanques dispuestos para
este fin; son un total de 12 tanques de distintos tamaños, uno para cada materia prima. La función
de estos tanques es medir la cantidad necesaria de cada materia prima para realizar el mezclado.
En la Fig. 10 se puede observar estos tanques.
Activo No iónico PreserveranteQuelante Ácido
Fig. 10: Esquema de los tanques de premedida del sistema de mezclado.
La operación de estos tanques se describe posteriormente; las materias primas y los tanques
de premedidas están conectados por tuberías de distintos materiales y calibres por las cuales se
bombean los líquidos desde las pipas a los tanques; como se muestra en la Fig. 8; los tanques de
41. 27
premedidas se ubican en un primer piso a tres metros de altura aproximadamente. En la Tabla 2
se observa los datos de los tanques de premedidas.
Tabla 2: Características de los tanques de premedidas
# Materia Prima
Material del
tanque
Volumen del
tanque (lts)
Medidor de
nivel
1 Activo Acero inoxidable 50 Visual
2 No iónico Acero inoxidable 80 Visual
3 Quelante Acero inoxidable 12 Visual
4 Controlador de pH Acero inoxidable 5 Visual
5 Preserverante Acero inoxidable 5 Visual
6 Perfumes Acero inoxidable 30 Visual
Estos tanques están conectados, como se mencionó anteriormente con los recipientes de las
materias primas, de este modo, se puede realizar la medición bombeando material desde los
envases primarios hasta los tanques secundarios. En la Tabla 3 se muestra las características de
las tuberías que interconectan el sistema.
Tabla 3: Características de las tuberías que conectan las materias con los tanques
# Materia Prima
Material de la
tubería
Calibre
1 Activo PVC 2"
2 No iónico PVC 2"
3 Quelante PVC 1"
4 Controlador de pH Acero inoxidable 1/2"
5 Preserverante PVC 1"
6 Perfumes Acero inoxidable 1"
Se puede observar que el material de las tuberías varían dependiendo del material, esto se
debe a que unos químicos son más propensos que otros a sufrir contaminación microbiológica,
por lo tanto requieren distintos acondicionamientos. Las tuberías de perfume cumplen con las
normas de calidad de la planta, son tuberías sanitarias hechas de acero inoxidable con conexiones
soldadas. Las otras tuberías no requieren este acondicionamiento por lo que son de PVC con
42. 28
conexiones con roscas ya que son más económicas. En la Tabla 4 se presentan las características
sanitarias que tienen las tuberías.
Tabla 4: Características sanitarias de las tuberías
# Materia Prima
Tubería
sanitaria
Acabado
(Grit)
Uniones Estándar sanitario
1 Activo No - Con roscas -
2 No iónico No - Con roscas -
3 Quelante No - Con roscas -
4 Controlador de pH Sí 150-180 Soldadas ASTMA A316L
5 Preserverante No - Con roscas -
6 Perfumes Sí 150-180 Soldadas ASTMA A316L
Las características sanitarias y los estándares a los cuales la Tabla 4 se refieren, son
explicados en el marco metodológico del presente estudio. Estos valores son de vital importancia
para el diseño del sistema final, ya que los equipos e instrumentos a utilizar están fuertemente
ligados al tipo, calibre y condiciones de las tuberías por donde pasan tanto las materias primas
como el producto terminado.
Como se puede observar en la Fig. 8 cada conexión entre las materias primas y los tanques
de premedidas, cuenta cada una con una bomba. Éstas permiten subir el producto a los tanques,
son bombas neumáticas de desplazamiento positivo que se activan con aire comprimido. “Estas
bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está
contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un embolo, un diente de engranaje, un aspa,
un tornillo, etc., y la carcasa o el cilindro. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste
en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. Por
consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina el intercambio
de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener
movimiento rotatorio (rotor)” [4]. Cada bomba tiene una entrada de aire comprimido, controlado
por una electro válvula que se acciona desde los tanques de premedidas. En la Tabla 5 se muestra
las características de las bombas y en la Tabla 6 las válvulas utilizadas en este sistema.
43. 29
Tabla 5: Características de las bombas
# Materia Prima
Tipo de
bomba
Calibre
Válvula
check tipo
Material de
contacto
Variador de
frecuencia
1 Activo
Desplaz.
Positivo 2" Bola Polipropileno No
2 No iónico
Desplaz.
Positivo 2" Bola Polipropileno No
3 Quelante
Desplaz.
Positivo 1" Bola Polipropileno No
4
Controlador de
pH
Desplaz.
Positivo 1/2" Bola Polipropileno No
5 Preserverante
Desplaz.
Positivo 1" Bola Polipropileno No
6 Perfumes
Desplaz.
Positivo 1" Bola Polipropileno No
Tabla 6: Características de las válvulas
# Materia Prima
Tipo de
válvula
Calibre
1 Activo Bola 2"
2 No iónico Bola 2"
3 Quelante Bola 1"
4 Controlador de pH Bola 1/2"
5 Preserverante Bola 1"
6 Perfumes Bola 1"
Además de estas tuberías y válvulas de las conexiones entre las materias primas y los
tanques de premedidas, también hay una tubería de aire comprimido para todas las bombas
neumáticas y una electro válvula por cada una. Las características de estas tuberías y válvulas se
muestran en la Tabla 7.
Tabla 7: Características del sistema de aire comprimido
Tubería Presión (PSI) Calibre Electro Válvula
PVC 80 3/4"
3/4" 120V
60Hz
El sistema de mezclado tiene el objetivo de unir todo el material que se descarga de los TPM
y enviar esta solución a los tanques de almacenamiento del producto. Este sistema cuenta con dos
44. 30
tanques de mezcladores denominados Batches; todos los TPM tienen conexión por medio de
tuberías con ambos tanques; en la Fig. 11 se puede ver el esquema de la disposición de los
mezcladores. Las características de las tuberías de entrada de agua se muestran en la Tabla 8 y en
la Tabla 9 se observan las especificaciones de los Batches. Cabe destacar que las características
de las tuberías de la Tabla 3 son las mismas para las tuberías que interconectan los TPM con los
mezcladores.
Tabla 8: Características de las tuberías de adición de agua
Batch Material Calibre
Tubería
sanitaria
Acabado
(Grit)
Uniones Estándar sanitario
1
Acero
inoxidable 3” Sí 150-180 Soldadas ASTMA A316L
2
Acero
inoxidable 3” Sí 150-180 Soldadas ASTMA A316L
Fig. 11: Esquema de los mezcladores del sistema de mezclado.
Tabla 9: Características de los tanques de mezclado
Tanque Volumen (lts) Material Altura Radio
Batch 1 3200 Acero Inoxidable 2 1.5
Batch 2 3200 Acero Inoxidable 2 1.5
45. 31
La capacidad de los tanques mezcladores considera el margen de diseño2
del mismo, es decir
el volumen del tanque es mayor a 3200 litros pero es ésta la capacidad máxima por
consideraciones del diseño. Los tanques cuentan con un sistema de circulación de agua caliente
pero en la actualidad no se usa en el proceso. Con respecto a las tuberías, es de esperar que las
características se mantengan durante el descargue de los materiales a los tanques de mezclado.
Sin embargo, las válvulas que interconectan los TPM con los mezcladores varían. En la Tabla 10
se puede ver el tipo de válvula por material.
Tabla 10: Características de las válvulas que conectan los tanques de premedidas con los
mezcladores
# Materia Prima
Tipo de
válvula
Calibre
1 Activo Bola 2"
2 No iónico Bola 2"
3 Quelante Bola 1"
4 Controlador de pH Bola 1/2"
5 Preserverante Bola 1"
6 Perfume Ternura Mariposa 1"
7 Perfume Limón Mariposa 1"
8 Perfume Toronja - mandarina Mariposa 1"
9 Perfume Naranja Mariposa 1"
10 Perfume Lavanda Bola 1"
11 Perfume Floral Bola 1"
12 Perfume Ola de Limpieza Bola 1"
Los mezclados de cada versión son de 2850 litros, es decir un 90% de la capacidad del
tanque aproximadamente; esto se debe a que la capacidad actual del suministro de agua no
permite realizar mezclados de 3200 litros.
Una vez realizado el producto se debe almacenar. La planta cuenta con 4 tanques de
almacenaje, también llamados tanques de patio, para las 7 versiones, esto quiere decir que no se
dispone para las líneas de llenado las 7 versiones al mismo tiempo; también indica que debe
existir una planificación de producción de forma tal que se aproveche al máximo dichos tanques.
Las salidas de los tanques de Batch se conectan a una bomba que distribuye a 4 tuberías, una para
2
Para los tanques de un volumen mayor a 1000lts y que funcionan como mezcladores se contempla un 15% del volumen adicional para la
construcción del tanque; de esta forma se garantiza el libre movimiento de la solución.
46. 32
cada tanque de almacenamiento. Las características de la bomba y de las tuberías se muestran a
continuación:
Tabla 11: Características de las tuberías de transferencia a los tanques de almacenamiento
Tanque
Material de la
tubería
Calibre
1 PVC 3"
2 PVC 3"
3 PVC 3"
4 PVC 3"
Tabla 12: Característica de la bomba de transferencia de producto a los tanques de
almacenamiento
# Material Tipo de bomba Calibre
Válvula
check
tipo
Material de
contacto
Variador
de
frecuencia
1 Solución
Desplaz.
Positivo 2" Bola Polipropileno No
En la Fig. 12 se muestra las fronteras del sistema de mezclado.
Mezclado
Resultado de
análisis de agua
Agua acondicionada
para el producto
Mustras
Energía
eléctrica
Aire
comnprimido
Activo, Preserverante
No iónico, Ácido
Surfactante, Perfume
Colorante
Resultado de análisis
Producto elaborado
Desinfectante
/sanitizador
Fig. 12: Fronteras de la etapa de mezclado de elaboración de limpiadores.
Las salidas de la etapa de control microbiológico se pueden observar como entradas en la Fig.
12, estas son el agua acondicionada y los resultados de análisis. Además de éstas, la entrada más
Activo, Preserverante,
No iónico, Ácido,
Quelante, Perfume,
Colorante
Muestras
47. 33
importante de la etapa de mezclado son las materias primas; luego de la transformación se logra
como salida el producto elaborado listo para ser envasado. Para lograr este proceso debe haber
otras entradas como la energía eléctrica que alimenta a los dispositivos eléctricos del proceso, el
aire comprimido que alimenta a los equipos neumáticos y finalmente una solución desinfectante
usada para limpiar los tanques de acuerdo a la planificación de limpieza.
3. 3. 3 Sistema de almacenaje del producto
En la Fig. 13 se puede observar el sistema de almacenaje del producto.
Fig. 13: Esquema del Sistema de almacenaje del producto.
Como se observa, cada tubería de salida de los Batch a la bomba y cada tubería de los
tanques de almacenamiento cuenta con una válvula que permite o no el paso de producto. De esta
forma si se desea enviar el producto del Batch 2 al tanque de almacenamiento 3, se abren las
válvulas correspondientes y se enciende la bomba.
El sistema de almacenamiento del producto cuenta con 4 tanques de almacenamiento. Estos
tanques se comunican con las líneas de llenado de botellas. En la Tabla 13 se muestran las
características de los tanques de almacenamiento.
Tanques de
almacenamiento
48. 34
Tabla 13: Características de los tanques de almacenamiento
Tanque de
patio
Volumen (m3
) Material Altura Radio Medidor de nivel
1 17 Fibra De vidrio 3.5 2.5 Sensor Tipo radar
1 17 Fibra De vidrio 3.5 2.5 Sensor Tipo radar
1 17 Fibra De vidrio 3.5 2.5 Sensor Tipo radar
1 17 Fibra De vidrio 3.5 2.5 Sensor Tipo radar
Cada tanque cuenta con un sensor de nivel que permite observar en un panel la cantidad de
producto que se tiene en cada uno. Estos sensores son conectados a un controlador que muestra
en un panel visual la cantidad de producto que hay en cada tanque. La utilización actual tanto del
panel visual como del controlador es sólo para visualizar el estado de los tanques de patio, no
existe ningún lazo de control en el proceso.
En la Tabla 14 se pueden observar las características de los sensores de nivel tipo radar que
están actualmente en los tanques de almacenamiento del sistema.
Tabla 14: Especificaciones técnicas de los sensores de nivel de los tanques de patio
Parámetro Especificación
Tecnología Radar Banda K (>20GHz)
Aplicación
Tanques con Líquidos Agresivos
con requerimientos sanitarios
Alimentación 24VDC
Salida 4-20mA
Rango de Medición 0 a 10m
Precisión ± 5 mm
Antena Encapsulada Tipo Cono
(corneta) / 40mm de diámetro
Material Polímero de Alta Resistencia
Conexión Eléctrica 1/2" NPT
Temperatura del proceso - 40 a +80 ºC
Estos sensores tienen además un módulo de programación y visualización que consta de una
pantalla de cristal líquido con teclado integrado que permite configurar los dispositivos para la
aplicación específica a la cual serán expuestos (las dimensiones de los tanques entre otros).
49. 35
No existe un orden de adición ni un tanque reservado para alguna versión de limpiador, sino
que se opera con una planificación previa de producción que depende de la demanda de cada
versión y la cantidad en inventario de producto terminado.
Almacenaje del
producto elaboradoResultado de análisis
Producto elaborado
Producto elaborado
Fig. 14: Fronteras de la etapa de almacenaje de la elaboración de limpiadores.
La última etapa tiene una función netamente de almacenaje, esto implica que no hay
transformación. En la Tabla 16 se puede observar que las entradas son las salidas de la etapa de
mezclado y que éstas se repiten en la salida de la etapa de almacenaje. El producto se descarga de
los tanques de almacenamiento hasta las líneas de llenado de la planta.
Una vez descrito los esquemas de entradas y salidas de cada una de las etapas, se puede
construir uno de las entradas y salidas del proceso completo de manufactura de desinfectantes.
Dicho esquema se conforma con las entradas de la etapa de control micro, las salidas de la etapa
de almacenaje, además las entradas adicionales de la etapa de mezclado. Se puede observar en la
Fig. 15.
Manufactura de limpiadores
Agua de la red de
distribución pública
Mustras
Energía
eléctrica
Aire
comnprimido
Activo, Preserverante
No iónico, Ácido
Surfactante, Perfume
Colorante
Resultado de análisis
Producto elaborado
Desinfectante
/sanitizador
Fig. 15: Fronteras del sistema de manufactura de limpiadores.
3. 3. 4 Layout
A continuación se presenta un esquema con la ubicación relativa de cada etapa del proceso.
Activo, Preserverante,
No iónico, Ácido,
Quelante, Perfume,
Colorante
Muestras
50. 36
Balanza
Batch 1
Tanque de patio 1 Tanque de patio 2
Tanque de patio 3 Tanque de patio 4
Batch 2
Materias primas
Materiasprimas
Zona de pesaje y adición del colorante
Mezanine 2
Tanques de patio
Tanques de pre medidas
Mezanine 1
Dique de contención
Torre de
contacto
Ozonador
Suavizador
Tanque 400
Filtrodearena
Filtrodearena
Dique de contención
25 metros
Fig. 16: Esquema del layout del proceso.
En la parte inferior derecha de la Fig. 16 se puede observar parte de la etapa de control
microbiológico del proceso, el tanque 400 y los filtros de arena; el resto de esta etapa se ubica
poco más de 25 metros cerca de la entrada de la etapa de mezclado donde se ubican el suavizador
de agua y el ozonador. El mezclado se localiza en la parte superior izquierda del layout, está
51. 37
conformado por 2 mezanines. En la Fig. 17 se puede observar un bosquejo desde una perspectiva
horizontal de esta etapa.
Batch 1 Batch 2
Materiasprimas
Zona de pesaje y adición del colorante
Mezanine 2
Tanques de pre medidas
Mezanine 1
Fig. 17: Vista horizontal de la etapa de mezclado.
La planta cuenta con dos mezanines, en la más alta se ubican todos los tanques de
premedidas de los materiales. En la más baja es donde se pesa y se adiciona el colorante en los
Batches. Para acceder a estas áreas, se dispone de dos escaleras en el lado derecho de los Batches.
Las materias primas son colocadas alrededor del área de los mezcladores; éstos últimos se ubican
en el centro del proceso como se pueden ver en la Fig. 17.
Finalmente, los cuatro tanques de patio de la etapa de almacenaje se pueden observar en la
Fig. 16 a la derecha de la etapa de mezclado. Estos tanques se ubican dentro de un dique de
contención para prevenir grandes derrames en el caso de rompimiento de alguno de los tanques.
Cabe destacar que el tanque 400 también cuenta con un dique de contención. El área que abarca
52. 38
todo el proceso es extensa, el operador debe recorrerla a plenitud por lo menos una vez en cada
turno.
3. 4 CONTROL SUPERVISORIO
Con el paso del tiempo las operaciones y necesidades de las industrias se han vuelto más
complejas. Los sistemas de control ya no se enfocan sólo en las variables de los procesos sino en
la supervisión de toda la operación, en garantizar que todas las acciones se lleven a cabo en un
orden específico; de esta idea nace el control supervisorio. “El control supervisorio se define
como el uso de caracteres o señales para la actuación automática de equipos o indicadores” [7];
es un sistema que monitorea o supervisa las condiciones de un proceso y opera equipos
mecánicos para llevar a cabo un determinado fin. Además estos sistemas facilitan la operación
desde una estación remota. El presente estudio involucra un sistema de control supervisorio, pero
además, incluye herramientas adicionales que aumenta la jerarquía del sistema de control; ya no
se refiere a un control supervisorio solamente sino a un sistema que además es capaz de adquirir
data de un proceso, archivándola para obtener los resultados históricos del sistema controlado;
brindándole así la opción al usuario de conocer las condiciones y resultados del proceso a través
del tiempo. Este tipo de sistema mucho más completo, entra en los sistemas de control
supervisorio y adquisición de datos, SCADA.
3. 5 SISTEMAS SCADA
SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Adquisition", es decir:
adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una aplicación de software
especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción,
proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos,
autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla
del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a
diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa:
control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. [3].
Un sistema SCADA cumple cuatro funciones: Adquisición de data, Comunicación de data a
través de redes, Presentación de la data y Control [8].
53. 39
3. 5. 1 Adquisición de data
La primera función es tomar la información con la cual va a trabajar el sistema. Como se
mencionó anteriormente, este tipo de sistema controla un proceso específico y puede entregar
reportes de operación, sin embargo para lograr esto en primer lugar se deben adquirir los datos
del proceso para después analizarlos y procesarlos. Esta toma de información del proceso se
realiza por medio de sensores, los cuales pueden medir tanto variables que entran al sistema
(como el caudal del agua que entra en un tanque), o variables que salen (como la temperatura
después de la unión de dos materiales). Estas señales que se miden pueden clasificarse en dos
tipos, digitales y analógicas. Las primeras son discontinuas y trabajan solamente con dos valores
(encendido/apagado) mientras que las señales analógicas son continuas, variando entre un valor
mínimo y otro máximo. Para realizar la adquisición de datos de un proceso se debe realizar un
estudio detallado del mismo, evaluar las opciones de instrumentación para adquirir la data y
escoger la que mejor se adapte a los objetivos del sistema; una vez hecho esto, se puede
comenzar a pensar en procesar la data, entre otras cosas.
3. 5. 2 Comunicación de data a través de redes
Como se mencionó anteriormente, es necesario en un primer momento adquirir la data, de
esta forma, se deben instalar en el sistema numerosos sensores; el objetivo es que estos
dispositivos sean monitoreados desde una estación remota; para lograr esto debe implementarse
una red que permita la comunicación de todos los dispositivos del sistema. En los comienzos de
la tecnología de los sistemas SCADA las comunicaciones se hacían sobre protocolos cerrados vía
módems o serial entre otros; hoy en día las redes de estos sistemas se han inclinado por utilizar
protocolo Ethernet o IP. Por razones de seguridad estas redes son LAN desconectadas de Internet
u otras redes como Intranet que puedan estar en las cercanías del proceso (en la compañía dueña
del proceso por ejemplo). Cabe destacar que los dispositivos de adquisición de data de hoy en
día, pueden interpretar protocolos de comunicación por ellos mismos; de esta forma, se puede
crear una red de comunicación directamente desde los dispositivos hasta el controlador principal
del sistema.
54. 40
En la actualidad existen diversas redes de comunicación para los sistemas de supervisión y
control. Se han desarrollado una gran variedad debido a la diversidad de requerimientos que
existe en la industria. Existen procesos pequeños, grandes, con dispositivos modestos, con
dispositivos más complejos y autónomos, procesos críticos dispuestos a pagar mucho dinero por
la red más confiable, procesos no tan críticos obligados a buscar lo que mejor se adapte al mejor
precio; entre numerosos casos más.
A continuación se presenta una descripción de los protocolos de comunicación más utilizados
en automatizaciones industriales.
4-20mA: Es un estándar de comunicación para redes de control industrial que consiste en una
señal analógica entre 4mA y 20mA. El 4-20mA es de bajo nivel y se utiliza para comunicar a los
controladores de los sistemas industriales con los dispositivos que componen la instrumentación
de los mismos. En el rango 4-20mA el valor de 4mA implica una medida igual a cero, y los
20mA indican una medición nominal. La razón por la cual el cero se representa con 4mA y no
con 0mA es para diferenciar un conector roto o un equipo dañado con una medición nula. Este
protocolo de comunicación es utilizado todavía en la actualidad a pesar de tener más de 50 años
desde su creación. La razón por la cual se mantiene todavía es su bajo costo y facilidad de
manejo. Los protocolos que le siguen son el Fieldbus y el Profibus, creados basados en el 4-
20mA.
Fieldbus (Field Bus): Hace décadas los dispositivos de campo tenían poca, si tenían,
comunicación entre ellos, además el procesamiento en tiempo real era muy limitada. En la década
de los ochentas se realizó un esfuerzo considerable para desarrollar un estándar para los
dispositivos de campo (FieldBus) [9]. Field Bus es un protocolo de comunicación para redes de
control industrial, creado para sustituir el 4-20mA. Es digital y bidireccional. Conecta los
controladores de los sistemas con los dispositivos de campo del proceso. La particularidad de este
protocolo es que los dispositivos utilizados traen un centro de computo de bajo costo que permite
que dichos equipos puedan ejecutar tareas por si solos. De este modo el controlador se puede
comunicar con los dispositivos generando una red bidireccional.
Los dispositivos que se comunican con este protocolo son inclusive inteligentes, pueden
reportar si existe una falla en su etapa del proceso o simplemente el estado actual del mismo.
55. 41
Fieldbus es la primera generación de protocolos que permite esta comunicación y control
autónomo por parte de los dispositivos de campo.
Profibus (Process Field Bus): Creado en 1989 por un consorcio de compañías e instituciones,
PROFIBUS se ha convertido en el Fielbus más popular en manufactura digital y control de
procesos. Es la tecnología madura, ideal para apoyar sistemas de automatización modernos [10].
Existen tres tipos:
• Profibus – FMS (Field message Specification): Es usado bajo el modelo cliente – servidor
entre dispositivos de automatización.
• Profibus – DP (Decentrallised Periphery): Es usado para conectar dispositivos sensores y
actuadores remotos con controladores industriales a velocidades altas de comunicación.
• Profibus – PA (Process Automation): Es usado para comunicar dispositivos de campo con
controladores industriales, con una transmisión intrínsecamente segura. Además permite
trasmitir potencia por las líneas de conexión.
Modbus: Es un protocolo de comunicación de la capa de aplicación posicionado en las 7 capas
del modelo OSI. Provee una comunicación tipo cliente/servidor entre los dispositivos conectados
en tipos diferentes de buses o redes [11]. Es también muy popular en las redes de control de los
sistemas automatizados. Las principales razones del amplio uso en el área son:
• Es un protocolo abierto.
• Puede ser implementado en un corto tiempo.
• Es capaz de trasmitir gran cantidad de datos sin restricciones de por medio.
Modbus puede ser utilizado en redes de supervisión y control con muchos dispositivos
conectados. Es ampliamente utilizado en sistemas SCADA. Cabe destacar que este protocolo se
puede conectar vía serial o Ethernet.
DeviceNet: Es un protocolo de aplicación para redes de control en procesos industriales. Un
protocolo de más bajo nivel (de enlace por ejemplo) trasmite la información sin importar el
contenido, mientras que el protocolo de aplicación utiliza la data enviada para ser procesada [12].
En la capa de enlace que este protocolo utiliza es el estándar del área de control de redes CAN
56. 42
(por sus siglas en ingles Controller Area Networking). CAN es un estándar de comunicación
serial inteligente para establecer comunicación entre los dispositivos de una red. A diferencia de
otros, CAN puede trasmitir data hasta sólo 1M baudios por segundo, sin embargo la mayoría de
las redes de supervisión no necesitan esta velocidad; también puede enviar sólo 8 bytes por
mensaje, suficiente para los requerimientos en el área de control y para soportar a DeviceNet.
Las ventajas principales de este protocolo son:
• Tiene una robusta capa física.
• Es un protocolo abierto.
• Requerimientos bajos de memoria del procesador.
• Es una tecnología de bajo costo.
ControlNet: es una tecnología de red de control para procesos industriales en tiempo real. Es
usado para transportar data crítica y codificada. ControlNet tiene una alta eficiencia de
transmisión de data a una velocidad alta. Permite comunicación con entradas y salidas que
cuentan con un mejor desempeño en comparación a otras tecnologías. Es una red altamente
confiable y determinística [13], y no se ve afectada por averías o desconexión de dispositivos.
ControlNet es altamente utilizado en las siguientes aplicaciones:
• Sustitución de redes universales de entradas y salidas remotas (RIO) debido a que
ControlNet maneja grandes cantidades de entradas y salidas.
• Acople de múltiples redes que trabajan bajo DeviceNet.
• Redes de entradas y salidas de alta velocidad.
Como se puede observar, este protocolo dispone de mayor confiabilidad, robustez y velocidad
para las aplicaciones más exigentes. Por ello, esta tecnología es costosa en comparación a las
menos robustas como DeviceNet.
Ethernet: es una tecnología para interconexión de redes locales. Define estándares de cableado y
señalización para la capa física del modelo OSI. Ethernet se ha convertido tan común en la capa
física de comunicación en la tecnología de automatización desde que ha logrado comandar la
industria de redes desde un nivel de inter control. Incluso, la importancia de los costos ha
57. 43
empujado el desarrollo de la tecnología de Ethernet hacia el desplazamiento de fieldbus
tradicional en muchos usos industriales [14]. Superior a la capa física, Ethernet envía datos por
paquetes, pequeños bloques de datos que son enviados de forma individual. Esta tecnología ha
presentado cambios en la capa física desde sus inicios con el objetivo de lograr velocidad, en un
principio se utilizaban cables coaxiales para trasmitir la información pero después evolucionó a
cables punto a punto, uso de switches, hubs, para disminuir costos; alcanzando velocidades
mayores a 1Gbytes por segundo. Sin embargo, mantiene el formato de los paquetes de datos para
trasmitir la data. Es un protocolo de enlace.
Hart: Es un protocolo de comunicación digital para redes de control industrial. Hart extiende el
protocolo 4-20mA a una comunicación mejorada con instrumentos de campo inteligentes
(capaces de realizar procesamiento). Fue diseñado para establecer comunicación utilizando la
señal del 4-20mA; de esta forma logró tener compatibilidad con todas las redes existentes que
utilizan 4-20mA. Gracias a esto, los usuarios escogieron este protocolo ya que el cambio no
acarreaba mayores costos pero si mayores beneficios. Aumenta las funcionalidades de los
sistemas sobre el 4-20mA, agrega más información a la comunicación base, configuración de
dispositivos, calibración averías, entre otras opciones que robustecen dichos sistemas. Incluso, el
protocolo Hart es la tecnología de comunicación más usada con la instrumentación de procesos
inteligente de hoy. El protocolo Hart sigue creciendo en la popularidad y el reconocimiento en la
industria como un estándar global para la comunicación de instrumentos inteligentes. Más de las
dos terceras partes de todos los instrumentos inteligentes que se comunican hoy usan Hart [15].
3. 5. 3 Presentación de la data.
Una vez adquirida la data y establecida una red de comunicación coherente en el sistema, los
sistemas SCADA permiten una visualización de las variables controladas y manipuladas para un
monitoreo del proceso. Esta visualización se enfoca hacia el usuario del sistema con una
aplicación especializada por medio de una interfaz de usuario, llamada HMI por sus siglas en
inglés Human Machinen Interface que significa interfaz hombre máquina. En la actualidad
existen modernas HMI, con más funciones y facilidades para el usuario, mejores y más claras
imágenes con un diseño para fácil manejo.
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La presentación de la data tiene como funciones específicas monitorear todos los sensores
para alertar en caso de una alarma (que es el caso cuando una variable de control sale de los
parámetros normales de operación) y para simplemente indicarle al usuario el estado de las
variables; presentar el sistema de una forma básica y entendible y brindar más detalle según los
requerimientos del usuario; finalmente presenta reportes de la operación así como también
reportes históricos del proceso, de estos reportes pueden salir procesamientos de información
como lo establezca el usuario. Cabe destacar que un buen sistema SCADA puede sostener un
nivel de procesamiento elevado para administrar el proceso, obteniendo resultados eficientes,
haciendo el trabajo del usuario más sencillo.
HMI: la interfaz hombre máquina es una terminología utilizada para la capa, parte, etapa, que
separa al usuario de la máquina. Esta capa le brinda al usuario información del sistema para que
éste tome acciones y retroalimente a la máquina para ejecutar una actividad específica. A través
del tiempo las HMI han evolucionado a versiones de software mejoradas, que brindan cada vez
mayores funcionalidades, gráficas, imágenes, que le permiten al hombre entender más fácilmente
los procesos que la máquina o el sistema que manejan.
3. 5. 4 Control
La presentación de la información descrita previamente sólo muestra por medio de una HMI
el proceso que controla el sistema SCADA. Sin embargo, en el momento que la HMI tenga un
botón que permita regular alguna variable, entonces se está recurriendo a una etapa de control del
sistema. Este botón puede por ejemplo, encender o apagar un dispositivo. Ahora bien, si se
extiende por ejemplo, este concepto a un proceso más complejo como el control de un ferrocarril
o de una planta manufacturera, se puede encontrar la manipulación de cientos dispositivos desde
un panel por medio de una HMI que necesitarían un buen centro de control que ejecute los pasos
necesarios para operar el proceso.
Este sistema de control responde a todas las entradas donde quieran que se encuentren en la
operación; si el sistema reacciona de forma indeseada o se quiere dar un cambio a la operación, el
usuario puede dominar sobre el sistema para cambiar la operación del proceso. Por ejemplo que
en un ferrocarril se desee cambiar la ruta de la que constantemente se maneja. Como se puede
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observar, si se tiene un sistema de control lo suficientemente sofisticado, la operación se puede
ejecutar sola sin la necesidad de un operador, existiendo por supuesto la posibilidad de tener el
dominio sobre dicho sistema como se explicó previamente.
En la actualidad los sistemas SCADA controlan constantemente procesos industriales para
regular las distintas variables que se encuentran en las industrias: válvulas de líquidos, de vapor,
sensores de presión, de nivel, entre cientos de opciones más.
3. 6 ANTECEDENTES
La elaboración de detergentes Lavansan se realiza en varias plantas de Procter & Gamble en
el mundo; en Argentina por ejemplo se ubica otra manufacturera de este producto. A pesar de que
mucho de los procesos, fórmulas, equipos y estándares son únicos por región, existen también
muchas áreas en donde se asemejan las plantas de producción. La planta de Argentina laboraba
de forma manual toda la operación de manufactura de desinfectantes hasta que se implementó un
sistema automatizado en el proceso. Este sistema consistió en computarizar las tareas del
operador para que los batidos del producto se ejecutaran de forma automática. Los resultados de
la implementación de este sistema en Argentina fueron positivos, se logró disminuir el tiempo de
batido de la manufactura, aprovechar mucho más el personal del área, redujeron los análisis de
laboratorio de las muestras, entre otros.
En general el proceso y operación de la planta de Argentina es muy distinta a la de
Barquisimeto, sin embargo brinda un caso exitoso de automatización para procesos de mezclado.
Con esta referencia, la gerencia de la planta habilita un soporte adicional para el desarrollo del
sistema ya que está demostrado que trae consigo beneficios considerables para la planta.