autos

1. DISEÑO DE PLANTAS DE PROCESOS
AGROINDUSTRIALES
Capítulo II
Filosofía del Diseño Industrial
Ing. Anibal Vasquez Ch.
EPIIA - UNSA

2. 1. Definición
• Acción armónica entre materiales, maquinaria, equipos y
hombres para servir a los fines de la producción y obtener el
máximo rendimiento técnico y económico.
Diseño Urbano Atención necesidades del
hombre: vivienda, colegios, etc.
Diseño Industrial Diseño de instalaciones
Industriales Plantas, Fábricas

3. 2.Evolución del Concepto de Planta
• Industria Artesanal
• Revolución Industrial s. XVIII
• La Industria crece alrededor de las ciudades, no importa el
hombre
• Taylorismo, no tiempos muertos
• S. XX luchas sociales, importancia al hombre
• Expansionismo, Teoría de los SISTEMAS

4. 2.1 Nuevo Concepto de Planta
“Lugar donde hay que producir, con arreglo a un
determinado proceso de fabricación, en las
condiciones más económicas cumpliendo además
con unas condiciones óptimas de trabajo y sociales
para el trabajador”.

5. Procesamiento
de la Soja para
obtener
alimentos
análogos

6. 3. Necesidad del Conocimiento del Proceso Tecnológico
para el Diseño de la Planta
• ¿Qué se va a producir?
– La contestación la da el propietario que tiene diversas
motivaciones.
• ¿Para qué va a servir?
– Está en función al tipo de producto a producir y la validez del
proceso tecnológico.
• ¿Para quién lo vamos a hacer?
– Importancia que el conjunto industrial debe dar a las máquinas
y al hombre.

7. Proceso general para
obtener alcohol y derivados

8. 4. Consideraciones diferentes al proceso
que influyen en el Diseño
• Factores Económicos
– Requerimientos mínimos compatibles con el costo mínimo y gastos de
producción.
• Factores Humanos
– Tener en cuenta factores psicológicos, fisiológicos y sociales que
tiendan hacia el logro de la comodidad en el trabajo.
• Factores Ecológicos Ambientales
– Las plantas constituyen un agente de deterioro ecológico, se debe de
tomar en cuenta un estudio de Impacto Ambiental.
• Factores Estéticos
– Que exista armonía en toda la planta a un mínimo costo.

9. Elaboración de Conservas
Congeladas

10. Derivados de la Caña de
Azúcar

11. 5. RAZÓN DE SER DE UN DISEÑO
INDUSTRIAL

12. 6.1 Naturaleza del Diseño
• El diseño es una actividad creativa y una de las más
gratificantes y satisfactorias actividades emprendidas por un
ingeniero.
• Es la coordinación de ideas para llevar a cabo un proyecto
deseado.
• El diseño no existe al inicio del proyecto. El diseñista lo inicia
con un objetivo específico en mente, una necesidad, y por el
desarrollo y evaluación de posibles diseños, que él considera
como el mejor camino para llegar al objetivo.

13. 6.2 El Objetivo del Diseño
 Chaddock (1975), definió al diseño como “La conversión de
un requerimiento indefinido en una costumbre satisfecha”
 En el diseño de plantas agroindustriales, la necesidad puede
ser la necesidad pública por un producto o la oportunidad
comercial de la empresa.
 Dentro del conjunto de objetivos, el diseñista deberá reconocer
los objetivos; los requerimientos de varias unidades que hagan
el proceso total.
 El diseñista deberá hacer una exposición de los requerimientos
según sea posible.
 Las exigencias son aquellas partes de la especificación inicial que
pueden ser idealmente deseables, pero pueden ser modificadas.

14. 6.3 Restricciones al Diseño
• Posiblemente se deberán considerar varios caminos
alternativos para llegar al objetivo, varios diseños serán
buenos, dependiendo de la naturaleza de las restricciones.
• Algunas restricciones serán fijas, invariables, tal como
aquellas que surgen de las leyes físicas, regulaciones
gubernamentales, y estandarizaciones, que están fuera de la
influencia del diseñista pueden denominarse como factores o
restricciones externas.
• Dentro de estos límites, habrá un número de diseños posibles
limitados por otras restricciones, las restricciones internas,
sobre las cuales, el diseñista tendrá algún control.

15. 6.3 Restricciones al Diseño

16. 6.4 Códigos y Normalizaciones
• La necesidad para normalizar (“estandarizar”)
surge primero en la evolución de la moderna
Ingeniería Industrial, Whitworth introdujo el
primer tornillo “estándar” para dar una
medida de intercambiabilidad entre diferentes
fabricantes en 1841.

17. 6.5 Factores de Diseño
• El diseño es un arte inexacto.
• Para conseguir que las especificaciones de diseño sean
satisfactorias, son incluidos factores para dar un margen de
seguridad en el diseño.
• Factores de diseño son también aplicados en el diseño de
procesos para dar igual tolerancia en el diseño.
• Estos factores deberían ser concordantes dentro de la
organización del proyecto, y claramente indicados en los
documentos.

18. 6.6 Sistema de Unidades
• En todos los países industrializados hay la tendencia a la
aceptación del Sistema Internacional de Unidades o el
llamado SI de unidades.
• Sin embargo, en la práctica de los métodos de diseño, los
datos y normalizaciones los cuales el diseñista deberá usar
están normalmente disponibles en las unidades tradicionales
y científicas.
• Usualmente la mejor práctica es hacer todos los cálculos de
diseño en las unidades en las cuales se va a presentar los
resultados; pero, si es preferido trabajar en el SI de unidades,
los datos pueden ser convertidos al SI de unidades, hacer los
cálculos, y convertir los resultados al sistema que sea
requerido.

19. • Hay varios métodos alternativos los cuales pueden ser usados
para una operación o un proceso dados.
• Cada uno de estos procesos contiene muchas alternativas
posibles incluyendo variables tales como la composición,
temperatura, presión y tipo de catalizador.
• Es responsabilidad del ingeniero de Industria Alimentaria,
seleccionar el mejor proceso e incorporar las técnicas de
diseño de equipo las cuales den los mejores resultados.
• Si hay dos o más alternativas para obtener exactamente
resultados finales equivalentes, la alternativa preferida debería
ser la que involucre el menor costo total.
6.7 Diseño Óptimo

20. 6.7.1 Diseño Económico Óptimo
• Si hay dos o más alternativas para obtener exactamente
resultados finales equivalentes, la alternativa preferida
debería ser la que involucre el menor costo total.
• El ingeniero muchas veces selecciona un diseño final sobre la
base de las condiciones que den un menor costo total.
• En muchos casos, sin embargo, los diseños serán
exactamente equivalentes. Es entonces necesario considerar
la calidad del producto o la operación así como el costo total.

21. 6.7.1 Diseño Económico Óptimo
• Un ejemplo típico de un diseño económico óptimo es determinar el
diámetro de tubería a usar cuando se bombea una cantidad de fluido
desde un punto hacia otro.
Determinación del
diámetro económico
optimo de tubería

22. 6.7.2 Operación Óptima
• Muchos procesos requieren definir condiciones de
temperatura, presión, tiempo de contacto, u otras
variables si se desean obtener mejores resultados.
• Esto es muchas veces posibles al hacer una
separación de estas condiciones optimas de las
consideraciones económicas directas.
• Por lo tanto el diseño de una operación óptima
es usualmente un simple instrumento o una etapa en
el desarrollo de un diseño económico optimo.

23. 6.8 Diseño asistido por
computadora
• Muchos problemas encontrados en el desarrollo y diseño de
procesos pueden ser resueltos rápidamente con un alto grado
de perfección con el uso de computadoras de alta velocidad.
• En adición al entendimiento de los principios de la ingeniería
y economía, y sus aplicaciones, el ingeniero de diseño
necesita usar herramientas especiales para hacer un gran
número de cálculos requeridos en un proyecto de diseño.
• Uso de Simuladores en el Diseño de Plantas Agroindustriales
– ChemCad
– HYSYS.

24. ChemCad®
HYSYS®

25. 6.9 Los Proyectos en Ingeniería
Agroindustrial
• Los proyectos en ingeniería agroindustrial, pueden ser
divididos en tres tipos, dependiendo del grado de
innovaciones involucradas:
1. Modificaciones y adiciones, a una planta existente, usualmente
llevado a cabo por el grupo de diseño de la planta.
2. Nueva capacidad de producción para responder a un cambio
(aumento) en la demanda. Usualmente es una repetición de los
diseños existentes, solamente con cambios menores en el diseño.
3. Nuevos procesos, desarrollados desde la investigación en el
laboratorio, continuando por la planta piloto, hasta un proceso
comercial. Aquí deben establecerse los diseños del proceso, de las
operaciones y de casi todas las unidades de equipo.

26. 6.9.1 Organización de un Proyecto en
Ingeniería Agroindustrial.
• El trabajo de diseño requerido en la ingeniería de un proceso
agroindustrial de manufactura, puede ser dividido en dos
grandes fases:
– Fase 1. - Diseño del proceso
• Abarcando las etapas desde la selección inicial del proceso hasta la
confección del diagrama de flujo del proceso, incluyendo la selección,
especificación y diseño del equipo.
• En una organización de diseño, esta fase es responsabilidad del Grupo de
Diseño de Procesos, y el trabajo debe ser realizado principalmente por
Ingenieros en Industrias Alimentarias o Agroindustriales.
– Fase 2. - El diseño mecánico
• Diseño detallado del equipo; las estructuras del diseño civil y eléctrico y el
diseño y especificación de los servicios auxiliares.
• Estas actividades serán de responsabilidad de grupos especiales de
diseño, teniendo expertos en las diversas disciplinas de ingeniería.

27. Organización de un Grupo de Proyecto

28. 6.9.2 Documentación del Proyecto
• La documentación del proyecto incluirá:
– Correspondencia general dentro del grupo de diseño y con:
• Departamentos de administración
• Vendedores de equipo
• Personal local
• Clientes
– Hojas de cálculo
• Cálculos de diseño
• Costos
– Dibujos
• Diagramas de flujo (“flowsheets”)
• Diagramas de tubería e instrumentación
• Diagramas de distribución (planos)
• Planos del lugar de ubicación
• Dibujos arquitectónicos
– Hojas de especificación
• Para equipo principal y auxiliar
– Ordenes de compra
• Cotizaciones
• Facturaciones

29. Estructura de un
Proyecto de Ingeniería
Agroindustrial

30. Estructura de un
Proyecto de Ingeniería
Agroindustrial

31. 6.10 Concepción y Definición del
Proyecto
• La concepción de un proyecto surge sobre la base de
satisfacer una necesidad pública o empresarial, esta
necesidad puede satisfacerse con un bien o un servicio, lo
cual define el tipo de proyecto a ejecutar.
• En resumen podemos identificar como alternativas de un
proyecto:
1. Manufacturar un producto ( existente o nuevo)
2. Aprovechar un recurso
3. Modificar un proceso actual
4. Tratamiento de un residuo, etc.

32. 6.11 Eliminación de Posibilidades
• Es extremadamente raro que para llegar a un objetivo exista una sola
alternativa.
• El diseñista inicia el proyecto con el establecimiento de todas las
soluciones posibles limitadas por las restricciones externas, y por un
proceso de evaluación y selección
• El proceso de selección puede considerarse que va a través de las
siguientes etapas:
1. Diseños posibles (estimados): dentro de las restricciones externas.
2. Diseños Plausibles (factibles): dentro de las restricciones internas
3. Diseños probables: probables candidatos
4. Mejor Diseño (optimo): la mejor solución al problema.
• El proceso de selección se volverá más detallado y más perfecto a
medida que el diseño progrese, desde el área de posible a probable
solución.

33. 6.12 Definición de Capacidades
• El dimensionamiento de un proyecto puede darse sobre la
base de:
1. Un estudio de mercado para el producto que se desea manufacturar.
2. Un análisis de cantidad y calidad de los recursos naturales que se
puedan aprovechar, tal como es el caso de una planta para la
extracción de taninos a partir de la tara.
3. Un análisis de la cantidad y composición de los subproductos y/o
materiales de desecho de una planta, que deban ser procesados. Por
ejemplo la melaza en un ingenio azucarero para producir alcohol.

34. 6.13 Estudio de Mercado
• Práctica Nº 01

35. 7. Diseño del Proceso
• El objetivo del diseño de una Planta de procesos es: diseñar una planta
capaz de producir un específico o un rango de productos al tonelaje
deseado y al precio correcto.
• Muchas veces pueden y deben tomarse decisiones subjetivas durante el
diseño de un proceso.
• Un ingeniero en Industrias Alimentarias, debe siempre estar dispuesto a
considerar nuevos diseños.
• Por ejemplo, considere el proceso comercial de fermentación de melaza
para para producir etanol. Este proceso puede llevarse a cabo de las
siguientes formas:
– Fermentación discontinua ("batch")
– Fermentación alimentada ("semibatch")
– Fermentación continua
– Reactores de enzimas o células inmovilizadas

36. 7.1 Tipos de Diseño
• Los métodos para llevar a cabo un proyecto
de diseño dependiendo del grado de
exactitud y detalles requeridos pueden
dividirse en:
1. Diseños preliminares o estimados rápidos
2. Diseños estimados detallados
3. Diseños exactos del proceso o diseños
detallados

37. 7.2 Diseño Preliminar (o estimados
rápidos)
• Si se tiene disponible suficiente información, se puede desarrollar un diseño
preliminar en conjunción con los recursos preliminares disponibles
• El siguiente paso consiste en la preparación de un diagrama de flujo simplificado
mostrando las etapas del proceso.
• Un balance de materiales y energía completos, y un conocimiento de las
especificaciones de las materias primas y productos, rendimientos velocidades de
reacción y tiempos de operación.
• Tan pronto como el equipo necesario sea establecido, los servicios y la mano de
obra requerida pueden ser determinados y tabulados. Estimados de la inversión
de capital y el costo total del producto completan los cálculos de diseño
preliminar.
• La evaluación de costos en el diseño preliminar es de gran ayuda para el
ingeniero en ulteriores evaluaciones de alternativas.
• Finalmente es importante que el diseño preliminar sea llevado a cabo tan pronto
como se tenga suficiente información del análisis de factibilidad o del desarrollo
del proceso.

38. 7.3 Diseño de Estimados
Detallados
• El diseño preliminar y los trabajos de desarrollo del proceso dan los
resultados necesarios para un diseño de estimados detallados. En este
nivel se deben considerar los siguientes factores:
1. Proceso de manufactura
2. Balances de materia y energía
3. Rangos de temperatura y presión
4. Especificación de materias primas y producto
5. Fermentadores
6. Materiales de construcción
7. Servicios requeridos
8. Ubicación de la planta
• Cuando la información precedente se incluye en el diseño, se puede
estimar adecuadamente la inversión de capital, costos de manufactura y
beneficios potenciales.

39. 7.4 Diseño Exacto (o diseño
detallado)
• Un diseño sólido (o detallado) puede prepararse para la adquisición de
equipo y construcción desde un diseño de estimados detallados.
• Se deben hacer planos detallados para la construcción de equipo
espacial y preparar las especificaciones para la adquisición de los equipos
y materiales.
• Se debe preparar un plano completo de la distribución de la planta y
desarrollar los planos e instrucciones para la construcción.
• Se deben incluir diagramas de tuberías y otros detalles de construcción.
Se deben hacer especificaciones para almacenes, laboratorios,
guardianía, vestuarios, facilidades de transporte, etc.
• El diseño final del proceso debe ser desarrollado con el asesoramiento de
personas experimentadas en varios campos de la ingeniería.

40. 8. Etapas en
el Diseño de
un Proceso

41. 8.1 Objetivo del Diseño
• Esta definición abarca:
– Tipo de proyecto a ejecutar
– Que producto se debe manufacturar
– Cuál debe ser la calidad (pureza) del producto
– Cuál será la capacidad de la planta
– Qué materias primas se van a usar y en que cantidad
– Cuál debe ser la rentabilidad mínima para el futuro proyecto.
• Estos y otros puntos son los que en conjunto definen el
proyecto que se debe diseñar, obviamente el objetivo
principal es alcanzar una rentabilidad que satisfaga las
expectativas de los inversionistas.

42. 8.2 Recolección de datos
• El diseñista debe primero recolectar toda la información
necesaria.
• Esta información debe incluir datos sobre los posibles
procesos, funcionamiento de equipo y datos sobre
propiedades físicas.
• Esta etapa puede ser una de las más frustrantes y que
consuman mayor tiempo en aspectos de diseño.
• Muchas organizaciones de diseño deberán preparar una base
manual de datos, pero la mayor parte de las organizaciones
deben tener manuales especializados sobre diseño.

43. 8.2 Recolección de datos
• La siguiente es una lista de ítems que deben considerarse
para emprender el diseño de un proceso.
1. Materias primas (disponibilidad, cantidad, calidad, costo)
2. Servicios y equipo disponible en la actualidad
3. Servicios y equipos que deben ser comprados
4. Estimación de costos de producción e inversión total
5. Utilidades (probables y óptimas, por kg. de producto y por año,
retorno sobre la inversión)
6. Materiales de construcción
7. Consideraciones de seguridad

44. 8.2 Recolección de datos
8. Mercados (oferta y demanda presente y futura, usos actuales, usos
nuevos, hábitos presentes de los compradores, carácter, ubicación y
número de posibles consumidores)
9. Competencia (datos estadísticos de producción total, comparación
de varios procesos de manufactura, especificaciones del producto de
los competidores)
10. Propiedades de los productos (propiedades físicas y químicas,
especificaciones, impurezas, efectos de almacenamiento)
11. Ventas y servicios de ventas (métodos de venta y distribución,
propaganda requerida, servicios técnicos requeridos)
12. Necesidad de recipientes y restricciones para el envío del producto
13. Localización de la planta
14. Situación de la patente y restricciones legales.10000

45. 8.3 Generación de Posibles
Soluciones
• La parte creativa del diseño de procesos es la generación de
posibles soluciones al problema (caminos para llegar al
objetivo) por análisis, evaluación y selección.
• En esta actividad el diseñista debe contar con una amplia
experiencia previa de él y el resto de su equipo. El trabajo y
el costo para desarrollar nuevos procesos son usualmente
inestimables.

46. 8.3 Generación de Posibles
Soluciones
• Desarrollo del Proceso
– Cuando la potencialidad del proyecto sea establecida claramente, el
proyecto estará listo para la fase de desarrollo.
– En este punto, puede construirse una planta piloto o una planta
comercial.
– Datos de diseño e información de otros procesos son obtenidos
durante la etapa de desarrollo.
– Esta información es usada para llevar a cabo las fases adicionales del
proyecto de diseño.

47. 8.3 Generación de Posibles
Soluciones
• Diagramas de Flujo
– Para facilitar el procedimiento de diseño, es ideal la planificación y
esta es ayudada por el desarrollo del Diagrama de Flujo del Proceso
(PFD).
– El PFD describe la ruta del proceso, mostrando los flujos de material y
energía entre aquellas unidades de proceso que constituyen la
planta.
– Frecuentemente hay numerosas posibilidades y suposiciones
potenciales. Aún con esta incertidumbre, en general es posible
determinar un diagrama de flujo.
– Cuando los estudiantes no sepan por donde empezar un nuevo
proyecto, se les aconseja comenzar por el diagrama de flujo, con la
confianza de que por medio de este ejercicio se evaluará un método
potencialmente fructífero.

48. 8.3 Generación de Posibles
Soluciones
• Balances de Materia y Energía
– El próximo paso después de crear Diagrama de Flujo, es poner su
complemento, cuantificando los flujos de materia y energía a lo
largo de la planta.
– Efectuando los balances, se debe:
• Justificar las asunciones y aproximaciones
• Usar el código mnemotécnico (la etiqueta de identificación) para
etiquetar las unidades
• Usar números (o letras) de corrientes para identificar corrientes de
entrada y salida
• Usar nomenclatura consistente
• Evitar el uso de números pequeños mediante la elección conveniente
de unidades
• Ser consistente en el uso de cifras significativas en los cálculos
• Complementar los cálculos generados por la computadora con los
cálculos manuales

49. 8.3 Generación de Posibles
Soluciones
• Diseño del Equipo
– El costo del equipo es un elemento importante en la economía del
proceso.
– El diseño parcial, cuando menos, es necesario antes que puedan
establecerse los costos del mismo.
– Para estimados del diseño preliminar el equipo debe ser especificado
rápidamente y sin gran detalle.
– Si se prosigue con un diseño detallado se deben emplear métodos
rigurosos para el diseño y especificación de equipo.

50. 8.4 Selección y Evaluación
• Varios métodos diferentes de manufactura pueden ser
aprovechables para hacer el mismo producto, y estos
procesos deben ser comparados en orden a seleccionar el
mejor bajo las actuales condiciones.
• La comparación debe hacerse con el diseño final del proceso.
• Sin embargo, en muchos casos, algunos de los posibles
procesos pueden ser eliminados por una comparación de las
variables esenciales, y los cálculos detallados de diseño para
cada proceso pueden no ser requeridos.

51. • Los siguientes ítems deben ser considerados en una evaluación de este tipo:
1. Factores técnicos
a) Flexibilidad del proceso
b) Operación continúa
c) Controles especiales involucrados
d) Rendimientos comerciales
e) Dificultades técnicas involucradas
f) Requerimiento de energía
g) Auxiliares especiales requeridos
h) Posibilidad de futuros desarrollos
i) Seguridad y peligro de contaminación involucrada
2. Materias primas
a) Disponibilidad presente y futura
b) Procesamiento requerido
c) Requerimientos de almacenamiento
d) Problemas en la manipulación de los materiales
8.4 Selección y Evaluación

52. 3. Productos de desecho y subproductos
a) Cantidad producida
b) Costo (valor)
c) Mercados potenciales y usos
d) Manera de eliminarlos
e) Aspectos de contaminación
3. Equipo
a) Disponibilidad
b) Materiales de construcción
c) Costos iniciales
d) Costos de instalación y mantenimiento
e) Reemplazos requeridos
f) Diseños especiales
3. Localización de la planta
a) Cantidad de terreno requerido
b) Facilidades de transporte
c) Proximidad a los mercados y suministro de materias primas
d) Disponibilidad de servicios y facilidades de energía
e) Disponibilidad de mano de obra
f) Clima
g) Restricciones legales e impuestos
8.4 Selección y Evaluación

53. 6. Costos
a) De materias primas
b) De energía
c) Depreciación y otras cargas fijas
d) Requerimiento de mano de obra especializada
e) Costos sobre el proceso
f) Condición real
g) Derechas de patente
h) Controles del medio ambiente
6. Factor tiempo
a) Plazo para terminar el proyecto
b) Tiempo requerido para desarrollar el proceso
c) Oportunidad de mercado
d) Valor del dinero
6. Consideraciones del proceso
a) Tecnología disponible
b) Materia prima común con otros procesos
c) Estabilidad del producto dentro de la Compañía
d) Objetivos generales de la Compañía
8.4 Selección y Evaluación

54. 8.4 Selección y Evaluación
• Operación “Batch” versus Continua
– En muchos casos los costos pueden reducirse usando un proceso
continúo en lugar de uno intermitente.
– Se requiere menor mano de obra y el control del equipo y la calidad
del producto mejora y uniformiza.
– Considerando que la operación “batch” fue común en los inicios de la
industria de procesos, el mayor numero de procesos han sido
cambiados parcial o completamente a operación continúa.
– El advenimiento de muchos tipos nuevos de instrumentos de control
ha hecho posible esta transición.
– El ingeniero de Industria Alimentaria debe conocer las ventajas
inherentes a cualquier tipo de operación continúa.

55. 8.4 Selección y Evaluación
• Evaluación Económica
– La mayor parte de los estudios de posibilidades conducen a la
misma pregunta: ¿qué recuperación puede esperarse del dinero
invertido?.
– Para contestar esto, los costos del proceso deben combinarse con
los de la materia prima, mano de obra, equipo y otros costos para
proporcionar un estimado económico exacto para el proyecto.
– Aún cuando la manipulación detallada de los parámetros
económicos sea el campo de los economistas y no de los
ingenieros, generalmente el economista no está calificado para
diseñar equipo, definir la materia prima y evaluar otros costos del
proceso.
– En la práctica, es más fácil para un ingeniero cubrir esta falla si
aprende las técnicas económicas elementales, que para un
economista aprender ingeniería.

56. 8.4 Selección y Evaluación
• Optimización
– Una combinación de economía e ingeniería y la optimización son
necesarias en cualquier proyecto de ingeniería donde existan
posibilidades alternas de diseño.
– Como frecuentemente este es el caso, en general la optimización
se lleva a cabo en puntos diferentes en la mayoría de los procesos
de diseño.
– En algunas situaciones, la elección óptima puede ser un simple
asunto de sentido común si el ingeniero ha tenido experiencia en
el pasado con decisiones alternas similares.

57. 8.5 Diseño Final
• El reporte de diseño puede representar el único producto
tangible de meses o años de esfuerzo.
• Un reporte eficiente no puede ser preparado con un
esfuerzo deficiente de ingeniería, pero un reporte mediocre
o malo puede (y a menudo lo hace) oscurecer de alguna
manera una ingeniería excelente.
• Este es otro puente entre la ingeniería y la humanidad que
debe cruzar y cruzarlo bien el ingeniero si su trabajo va a ser
reconocido y compensado adecuadamente.

58. 9. Construcción y Operación
• Cuando se tiene una decisión definida para proceder con la construcción
de la planta, es cuando hay una exigencia inmediata para iniciar
rápidamente la construcción de la planta.
• El tiempo, por consiguiente es particularmente importante en la
construcción de la planta.
• Estos factores pueden tomarse en consideración durante el desarrollo de
los planos finales y pueden justificar el uso de técnicas de Evaluación y
Revisión del Proyecto (PERT) o el Método de la Ruta Crítica (CPM).
• El ingeniero deberá trabajar junto con el personal de construcción
durante la etapa final de implementación para asistir en la interpretación
de los planos y aprender los métodos para perfeccionar diseños futuros.
• El ingeniero también debe estar disponible durante el inicio de la
operación hasta que la planta opere efectiva y eficientemente.

59. PLANTAS DE PROCESADO DE
ALIMENTOS
2.

60. 1. Introducción
Las plantas de procesado de alimentos tienen como finalidad
técnica la de convertir materias primas perecederas en productos
alimenticios más o menos estables, utilizando métodos seguros para
sus procesos de transformación y conservación y asegurando una
elaboración higiénica de los alimentos.
Una planta de procesado de alimentos es el conjunto formado por:
Sistema de proceso
Sistemas auxiliares
Edificaciones

61. 2. Sistema de Proceso
• Se define como un conjunto secuencial de
operaciones unitarias aplicadas a la
transformación de materias primas en
productos aptos para el consumo, es decir, es
el conjunto de equipos que realizan todas las
operaciones unitarias necesarias para
conseguir dicha transformación.

62. 2. Sistema de Proceso
• El conjunto del Sistema de Proceso está
constituido por dos subconjuntos:
– Uno de carácter inmaterial: la Tecnología del
Sistema de Proceso, o simplemente, Tecnología
de Proceso (know how).
– Otro de carácter material: la Ingeniería del
Sistema de Proceso o, simplemente, Ingeniería de
Proceso (equipos).

63. 3. Sistemas Auxiliares
Deben considerarse dentro de la idea global de la solución
del Sistema de Proceso, una vez fijadas las condiciones de
proceso, los Sistemas Auxiliares se diseñan para satisfacer
las demandas predeterminadas.
Los Sistemas Auxiliares tienen una importante contribución
en los costes de producción, hasta un 30-40% del total,
según el tipo de planta de proceso, a través de las partidas
de consumo de agua, electricidad, combustible, gastos de
mantenimiento de estos Sistemas Auxiliares, control y
tratamiento de residuos.

64. 3. Sistemas Auxiliares
• Los Sistemas Auxiliares incluyen:
– Sistemas de manejo de materiales
• Instalaciones de manejo de sólidos
• Instalaciones de manejo de líquidos
• Instalaciones de manejo de gases

65. 3. Sistemas Auxiliares
– Sistemas de manejo de energía
• Instalaciones de vapor
• Instalaciones de manejo de combustibles
• Instalaciones de fluidos térmico
• Instalaciones frigorífi cas
• Instalaciones de recuperación de energía
• Instalaciones eléctricas

66. 3. Sistemas Auxiliares
Sistemas de servicios, se pueden incluir aquí, entre
otros, los siguientes ejemplos:
Instalaciones de tratamiento de agitas residuales
Sistemas de seguridad:
Instalaciones de alumbrado de seguridad. Instalaciones de seguridad
contra robos
Instalaciones de seguridad contra incendios
Instalaciones de agua a presión contra incendios
Instalaciones de extintores de polvo y gas inerte contra incendios
Instalaciones de alarma contra incendios
Instalaciones de salidas de emergencia

67. 3. Sistemas Auxiliares
– Sistemas de control, aseguran que el sistema de
proceso funcione en las condiciones deseadas,
incluyen:
• Instalaciones de control automático de proceso

68. 4. Edificaciones
• El edificio es el alojamiento de los sistemas que
hacen posible la función principal de la industria
alimentaria: la elaboración de alimentos.
• Su diseño debe realizarse teniendo en cuenta
particularmente su funcionalidad como alojamiento.
• Estas edificaciones deben proporcionar,
fundamentalmente, un control sobre las condiciones
ambientales que rodean al sistema de proceso y a los
sistemas auxiliares.

69. 5. Diseño de la planta de Proceso de
Alimentos
• Con la descomposición de la Planta de Proceso en tres
subconjuntos. el problema complejo de la búsqueda del
diseño óptimo de una industria agroalimentaria a un coste
mínimo se puede también descomponer en tres
subproblemas menos complejos en principio:
– El diseño óptimo de cada uno de los Sistemas de Proceso
– El diseño óptimo de cada uno de los Sistemas Auxiliares
– El diseño óptimo de los edificios que albergan a los
Sistemas de Proceso y a los Sistemas Auxiliares

70. 5. Diseño de la planta de Proceso de
Alimentos
• De los tres subconjuntos en que se ha
descompuesto el diseño de una planta de
procesado de alimentos, el primero y
fundamental es el diseño óptimo de cada uno
de los sistemas de procesos, los otros vendrán
derivados de éste y su diseño será
consecuencia de la alternativa elegida en esta
primera fase.

71. 5. Diseño de la planta de Proceso de
Alimentos
• Ahora bien, una buena distribución en planta implica
necesariamente la definición de métodos de manejo de
materiales y de flujo de personas,
• En consecuencia el diseño de un sistema de proceso debe
definir una distribución de instalaciones físicas que optimice
las interrelaciones entre personal de operación, flujo de
materiales, flujo de información y los métodos de fabricación
requeridos para alcanzar los objetivos de la empresa
eficientemente, económicamente y con seguridad.

72. 5. Diseño de la planta de Proceso de
Alimentos
Los principales objetivos del diseño del sistema de proceso,
entendido como se acaba de describir, son:
Facilitar el proceso de fabricación
Minimizar el manejo de materiales
Optimizar el flujo de personal
Mantener la flexibilidad de la distribución y operación
Mantener un alto volumen de trabajo en proceso
Controlar la inversión en equipamiento
Hacer un uso económico del edificio
Promover una utilización eficiente de la energía
Proporcionar a los empleados confort y seguridad para hacer su
trabajo

73. CAPITULO 3
Introducción y Generalidades

74. 1.1. Introducción.
Los conocimientos que se adquieren en la carrera de Ingeniería en
Alimentos, solo son elementos de los que el Ingeniero se vale para
cumplir sus objetivos fundamentales, que son:
♦ El mejoramiento de la eficiencia técnico – productiva de procesos
industriales existentes, bien mediante la modificación de sus condiciones
de operación, o através de cambios en el equipamiento que conforman la
Planta.
♦ Coadyuvar a crear y establecer nuevos procesos y/o nuevas Plantas
Industriales, que permitan satisfacer las necesidades crecientes de todo
tipo de sociedad.
El Diseño de Plantas, como materia de Ingeniería está relacionado con
el segundo objetivo y tiene como finalidad el proporcionar al
Ingeniero las herramientas e instrumentos que le permiten participar
de una forma directa en el proceso, a través del cual la nueva
capacidad productiva es creada.

75. Por lo tanto, hay que hacerse tres preguntas:
a) ¿ Cómo se llega a crear la nueva capacidad industrial?
b) ¿ Cuál es la secuencia de hechos mediante la cual la Planta es
creada?
c) ¿ Cuáles problemas pueden obstaculizar esta secuencia y cómo
pueden ser resueltos los mismos?
Las respuestas a las preguntas son obtenidas cuando
se hace una estructuración armónica, coherente y
eficiente acerca del Diseño de la Planta. El camino que se
tome, conjuntamente con los conocimientos relacionados
sobre la materia, llevarán al éxito de la idea planteada.

76. El objetivo del diseño de plantas en la industria de
alimentos es conseguir la distribución óptima de
todas las actividades industriales, incluyendo el
personal, equipamiento, almacenes, sistemas de
mantención de materiales, y todos los otros servicios
anexos que sean necesarios.
Esta eficiencia en el ordenamiento se centrará en
ladistribución de las áreas de trabajo y del equipo que
sea la más económica para llevar a cabo el proceso
productivo, al mismo tiempo, que sea la más
segura y satisfactoria para el personal y para el
entorno de la planta industrial.

77. 1.2. Visión histórica del Diseño de Plantas
• El ordenamiento de áreas y locales de trabajo es tan antiguo como el desarrollo
del hombre. Las primeras distribuciones en planta eran producto del hombre
que llevaba a cabo el trabajo, o del arquitecto que proyectaba el edificio. Según
definió Miguel Ángel: “la arquitectura no es otra cosa que orden, disposición, bella
apariencia y proporción de las partes, conveniencia y distribución”.
• A partir del impacto proporcionado por la revolución industrial, hace más de 150
años, se transformó en objetivo económico, para los propietarios de
empresas industriales, el estudiar la ordenación de sus fábricas.
• Se dieron cuenta también, de que un área de procesamiento, limpia y ordenada,
era una ayuda tangible. Es entonces que en los primeros años del siglo XX, la
especialización del trabajo empezó a ser tan útil y necesaria, que el manejo de los
materiales comenzó a recibir una atención significativa, en lo referido a
movimiento entre dos operaciones.
• Con el tiempo, los propietarios o sus administradores empezaron a crear
conjuntos de especialistas para estudiar los problemas de la distribución. Con
ellos llegaron los principios y técnicas que hoy en día se conocen.

78. • Primitivamente solo se tendía a agrupar las máquinas y los procesos
similares; a alinear las áreas de trabajo en filas ordenadas, delimitando
pasillos y conservándolos limpios; y finalmente, se procuró colocar el
material en un extremo del conjunto, haciéndolo circular en dirección
al otro extremo de la planta. Ahora se sabe que estos principios eran
incompletos, y en algunos casos, contradictorios, por lo que se refiere a la
práctica más perfecta de la distribución en planta. En realidad, eran más
bien detalles en una situación dada, que principios fundamentales.
• A medida que las condiciones han cambiado, estos principios también se
han modificado, y aún hoy en día el concepto de distribución está
evolucionando constantemente. Existen, eso sí, una serie de principios
básicos que permanecen inalterables, y que serán tratados en los
próximos capítulos del presente libro.
• Dado que el diseño de plantas persigue conseguir la ordenación física de
todos los elementos industriales, se hace necesario la aplicación de una
sistemática que permita obtener una distribución en planta óptima.

79. 1.3. Generalidades.
1.3.1. Objetivos del Diseño de Plantas Alimentarias.
• Dar a conocer la estrategia general que se emplea
para crear nuevas Plantas industriales y en general nuevas
capacidades productivas.
• Establecer las dificultades principales que surgen durante el
proceso de creación de las nuevas capacidades industriales
y sus principales métodos de solución.
• Facilitar la participación directa y activa del personal que
tiene relación con todo el proceso de toma de decisiones
mediante el cual, surgen las nuevas capacidades de
producción.

80. 1.3.2. Etapas en la creación de las nuevas
capacidades industriales. Planificación perspectiva del
desarrollo industrial.
El proceso creativo de nuevas capacidades de producción en la industria de
alimentos es complejo, e involucra las etapas siguientes:
a) Definir, tanto cuantitativa como cualitativamente, las necesidades que se
deseen satisfacer. Esta etapa implica:
• Determinar la calidad que se requiere en los productos cuyos
consumos se van a cubrir, establecido por un conjunto de factores de
orden social y económico.
• Definir las cantidades de productos que serán consumidos en
diferentes períodos de tiempo que se analiza.
• Establecer la distribución geográfica de los consumos de los
productos en cada año del horizonte de tiempo analizado.
b) Una vez que se conoce, qué se debe producir, cuánto se va a producir y
dónde será consumido lo que se va a producir, es necesario plantear las
alternativas de solución al problema existente.

81. c) Selección de variantes o alternativas que de una forma más eficiente, desde el punto de vista
técnico-económico resuelve el problema de la satisfacción de las demandas planteadas. La
selección de la variante de mayor efectividad involucra:
• Valoración cualitativa de las diferentes variantes de forma tal de eliminar las que son peores,
lo que simplificará la realización de los estudios económicos ulteriores para escoger la
variante de mayor efectividad, centrando la atención en aspectos tan importantes como:
- Requerimientos especializados.
- Efecto sobre la contaminación ambiental.
- Calidad de la producción terminada.
- Grado de flexibilidad.
• La elaboración de estudios económicos con el objeto de establecer comparativamente
la eficiencia económica de las alternativas que no fueron eliminadas durante la valoración
cualitativa realizada.
d) Determinada la mejor variante de desarrollo perspectivo, se prepara la
documentación necesaria para su estudio y aprobación por parte del personal a cargo.

82. e) Aprobada la estrategia de desarrollo perspectivo propuesta se inicia el proceso encaminado a
materializar en la práctica las obras definidas.
La información que permite diseñar las nuevas capacidades industriales se recoge en
documentos que se conocen con diferentes nombres, las denominaciones más comunes
dada por las Empresas especializadas en la ejecución de Proyectos de Inversión son: “tarea
de proyección o tarea de inversión”. Para cada nueva capacidad de producción se prepara
una tarea de proyección.
El contenido de la Tarea de Proyección es, por lo general:
1º Capacidad de la Planta y nivel de flexibilidad esperado.
2º Estructura de la producción.
3º Calidad de los productos terminados.
4º Ubicación física de la Planta.
5º Características de la materia(s) prima(s) a utilizar.
6º Características del agua y energía eléctrica disponible para el proceso.
7º Información geológica y topográfica del terreno donde se ubicará la Planta.
8º Información sobre las condiciones climáticas.
9º Vinculación con centros industriales cercanos.
10º Información sobre carreteras y otras vías de comunicación cercanas a la instalación que
se piensa construir.
11º Métodos para la recepción de materia prima y entrega de productos terminados.
12º Información sobre requerimientos de la instalación.

83. f) Confeccionada la tarea de proyección, se procede al diseño de la nueva
capacidad industrial, lo que implica:
• Elaborar los diagramas de flujo, es decir, plantear gráficamente el
ordenamiento de los equipos y procesos que conformarán la Planta, así como su
interrelación.
• Seleccionar el equipamiento a emplear.
• Desarrollar los balances de materiales y energía del proceso y establecer los
indicadores de consumo.
• Dimensionar tecnológicamente el equipamiento de la Planta.
• Diseñar el sistema de medición y regulación de la nueva Planta.
• Elaborar los proyectos de ingeniería mecánica, civil y eléctrica.
• Confeccionar el presupuesto de la obra.
• Terminados los proyectos de la nueva Planta, se lleva a cabo su construcción
y montaje.
• Por último se ponen en marcha las instalaciones y se ajustan
tecnológicamente, de forma tal que sean capaces de producir a la capacidad
proyectada.

84. La nueva necesidad productiva pudiera resolverse, ampliando la capacidad de
producción de Plantas existentes, instalando nuevos centros
productores y/o efectuando importaciones de productos.
Algunas preguntas pudieran ser formuladas sobre todo el problema analizado
previamente:
• ¿Cómo se conoce cuáles son los niveles hasta los que resulta posible
ampliar la capacidad productiva de los centros fabriles existentes?.
• ¿Cómo se determinan las opciones tecnológicas que pueden ser utilizadas
en él o en los nuevos centros productores?.
• ¿Cómo se definen los posibles lugares de ubicación del nuevo centro
productor o de los nuevos centros productores?
La respuesta a las preguntas obliga a efectuar estudios técnicos preliminares,
que deben ser realizados antes de que se proceda a conformar las
distintas alternativas.

85. 1.3.3. Determinación de los niveles de ampliación de la
capacidad productiva, alcanzables en los centros fabriles
existentes.
Análisis de las posibilidades de intensificar la producción, motivado por:
a) Inestabilidad en el suministro de la materia prima acompañada por una
capacidad de almacenamiento insuficiente.
b) Irregularidades en la demanda del producto terminado, cíclico o estacional, y
puede producir paralizaciones de la producción, si existe una capacidad de
almacenamiento insuficiente para el producto terminado.
c) Paradas de Planta o reducciones del ritmo productivo.
d) Deficiencias en los sistemas de medición y regulación del proceso.
e) Tiempos de mantenimiento del proceso excesivamente grandes por problemas de
carácter organizativo.
f) Limitaciones de carácter tecnológico.
g) Deficiencias en la organización de la producción.

86. • La intensificación de la capacidad de producción instalada da lugar
primeramente a la realización de un estudio que abarcaría los aspectos
siguientes:
- Análisis estadístico del nivel de producción de la fábrica, al año, por día o
por hora, según esté estipulado.
- Análisis tecnológico de las desviaciones que existan de la capacidad real
alcanzable en la Planta, en relación con la capacidad estipulada en el
diseño, con el objetivo de definir cuáles son los equipos que limitan
tecnológicamente la misma.
- Determinación de tiempos de parada por imprevistos y sus causas.
Cálculos de las pérdidas de producción asociadas.
- Determinación de los tiempos con producciones por
debajo de la capacidad instalada y sus causas. Cálculo de las pérdidas
de producción por este concepto.

87. - Análisis de los tiempos empleados para la realización de los
mantenimientos planificados.
- Determinación de las soluciones para la restauración de las
capacidades de diseño anual de la Planta, entre las que
pueden encontrarse:
♦ Ampliación de capacidades de almacenamiento.
♦ Sustitución de equipos tecnológicos.
♦ Instalación de equipos en paralelo a los existentes.
♦ Mejoramiento de la organización de la producción y el
mantenimiento.

88. 1.3.3.1. Ampliación de la capacidad de
la planta
Lograda la utilización plena y eficiente de la capacidad instalada, la misma puede ampliarse a
niveles superiores, existiendo al respecto diferentes alternativas. La determinación de
las alternativas de ampliación de la capacidad instalada, trae aparejado la realización de
un estudio que debe ajustarse a los aspectos que se señalan a continuación:
1ºDeterminación de las limitaciones tecnológicas en los procesos productivos.
2ºElaboración de las variantes de ampliación de la capacidad de producción. Estas variantes se
plantean mediante el estudio cuidadoso de las opciones siguientes:
a) La sustitución de equipos existentes por otros de mayor capacidad.
b) Modificación de equipos existentes.
c) Adición de nuevos equipos.
d) La modificación del régimen operacional.
e) La construcción de nuevas líneas de producción.

89. 3º Tamizado de las variantes planteadas. Los factores que deberán ser estudiados son los
siguientes:
- Efecto de la ampliación sobre la calidad de la producción terminada.
- Efecto de la ampliación sobre los servicios auxiliares. Este implica:
- Servicio de generación de vapor.
- Facilidades de suministro de agua de enfriamiento y proceso.
- Sistema de suministro de energía eléctrica.
- Sistema de abastecimiento de combustible.
- Sistema de suministro de aire.
- Requerimiento de las facilidades generales de la Planta.
- Modificaciones requeridas en los sistemas de recepción de materia prima y materiales de la
producción y posibilidades de realización.
- Cambios necesarios en facilidades de trasiego de productos intermedios y de entrega de la
producción terminada.
- Aumentos exigidos en las capacidades de almacenamiento y posibilidades de satisfacer los
mismos.
- Modificaciones en talleres, laboratorios, etc.
- Exigencia para la eliminación de la contaminación ambiental.

90.
1.3.4. Selección de las tecnologías para
los centros de producción.
La determinación de las opciones precede mediante la
aplicación de determinados criterios:
• Estructura de producción.
• Calidad de la producción terminada.
• Grado de flexibilidad.
• Efecto sobre contaminación ambiental.
• Efectividad técnico – económica.
• Requerimientos especializados.

91. 1.3.5. Selección de los posibles lugares de
ubicación de los nuevos centros productores.
1º Selección preliminar de los posibles puntos de ubicación utilizando la
información disponible sobre los aspectos siguientes:
a) Parámetros técnicos de los nuevos centros productores, tales como:
requerimiento de área, agua, nivel de aporte a contaminación ambiental,
requerimiento de fuerza de trabajo, etc.
b) Características de los lugares de ubicación, siendo las más importantes:
• Existencia de terreno apropiado.
• Cercanías a fuentes de suministro de materia prima.
• Distancia del lugar a las zonas de consumo.
• Accesibilidad del lugar, es decir, existencia de vías de
comunicaciones, etc.
• Disponibilidad de agua y electricidad.
• Disponibilidad de fuerza de trabajo.
• Nivel de contaminación ambiental de la zona.

92. 2º Hacer tamizado de las proposiciones originales elaboradas, para lo
que es necesario:
• Visitas a distintos organismos que puedan suministrar datos
o informaciones sobre los posibles lugares de ubicación, así como
opiniones que puedan conducir a la eliminación de algunas de
las variantes propuestas.
• Visitar los lugares previamente seleccionados con el fin de
obtener criterios sobre las posibilidades reales de los mismos.
• 3º Compatibilización de las variantes concebidas con los
requerimientos técnicos específicos, tales como: tipo y carga
de las construcciones, exigencia de desechos de residuales,
normas de seguridad, etc.

93. 1.3.6. Obstáculos principales en la creación de
la nueva capacidad industrial.
• A. Elaboración de variantes.
• B. La necesidad de optimizar.
• C. La dificultad en la ponderación de los
factores que inciden en el proceso de creación
de las nuevas capacidades de producción.

94. 1.3.6.1. El problema de la elaboración de
las variantes
Esta es la primera dificultad. La calidad de la solución a un problema primitivo
cualquiera depende del planteamiento adecuado de sus posibles variantes de
solución
“ de nada sirve el mejor análisis económico si se excluyen del mismo variantes que por su
naturaleza pueden resolver el problema primitivo de una forma más eficaz que cualquiera
de las alternativas sometidas al criterio económico”.
El papel fundamental lo desempeña la capacidad analítica, el poder creador y la experiencia de
los profesionales que intervienen en la elaboración de las variantes: Un examen detallado
de las circunstancias y factores que afectan el problema, una evaluación profunda de
sus antecedentes, “un examen exhaustivo de la literatura técnica existente y capacidad
imaginativa, son los recursos fundamentales a emplear”.

95. 1.3.6.2. La necesidad de optimizar
La optimización en la solución de un problema surge por la
necesidad de minimizar recursos y esfuerzos y esta se hace patente
cuando se procede a diseñar tecnológicamente un proceso. La
optimización tecnológica da lugar a:
• La elaboración de un modelo matemático del equipo o unidad del
proceso que se vaya a optimizar.
• La organización de la información matemática de una forma
adecuada, de tal manera que la computación del problema resulte
fácil.
• La selección de un criterio de efectividad o criterio a optimizar, el
cual puede ser un parámetro económico o cualquier parámetro
físico del equipo o unidad.
• La optimización del criterio de efectividad seleccionado, empleando
técnicas matemáticas especiales de optimización.

96. 1.3.6.3. Dificultades en la ponderación de los factores
que inciden en el proceso de creación de las nuevas
capacidades de producción.
Aunque al realizar una proyección de lo que resulta más conveniente hacer
para resolver un problema primitivo, se emplea el conocimiento existente
sobre las leyes del desarrollo económico y cuando al proyectar físicamente
una nueva Planta se ponen en juego todos los conocimientos existentes
que gobiernan el comportamiento de los procesos tecnológicos de
producción, es necesario señalar que este conocimiento siempre será:
Imperfecto; no acabado y reflejará la realidad de una forma aproximada.
Existen factores cuya influencia no es capaz de poderse predecir cuando se
está en la concepción, construcción y puesta en marcha de una industria
de alimentos, aún cuando se tengan los suficientes conocimientos
respecto al tema.Independientemente de que sea completamente
conocida la instalación en su conjunto como obra civil e infraestructura y
que el equipo de especialistas posea una trayectoria relacionada con este
tipo de industrias,pueden ocurrir desviaciones de las predicciones y en
cierta forma afectar la calidad del pronóstico.