Produccion y Empaquetado de Fideos

Pontificia Universidad Católica del Perú

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚFacultad de Ciencias e Ingeniería

Sección Ingeniería Industrial

AVANCE FINALProducción y empacado de fideos

CURSO: Automatización Industrial

INTEGRANTES: Medina Quispe, Jhosselyn Marina 20095427 Miranda Pajares, Elsa María Alejandra 20090494 Nuñez Rosales, MarylinGiulisa 20092178 Wong, Minyi 20099016

HORARIO: H-832

PROFESOR:Walter Tupia Anticona

San Miguel, 26 de Junio del 2013

Automatización Industrial Página 1


INDICE

P á gina

I. Introducción 3

II. Áreas involucradas en la producción de fideos 4

III.Etapas del proceso de elaboración de fideos largos 5

IV. Diagrama de flujo del proceso de elaboración de fideos 9

V. Operaciones susceptibles a ser automatizadas

y plan de automatización 10

VI. Instrumentación 15

VII. Diagrama P&ID 25

VIII. Diagrama Scada del proyecto 30

IX. Plan de integración 32

X. Aplicación de robótica 35

XI. Costo total del proyecto 36

XII. Conclusiones 38

XIII. Bibliografía 39



I. INTRODUCCIÓNLa competencia en el mercado dentro del rubro alimenticio ha ido incrementándose a pasos

agigantados con la aparición de nuevas industrias, el desarrollo de la tecnología y la creciente

demanda de los consumidores. Ante tanta competencia, la diferencia entre una empresa u otra

dedicada a la producción del mismo producto es mínima.

Hoy en día, las exigencias a las que se enfrenta una empresa del rubro alimenticio cada vez son

mayores; básicamente, la preferencia del consumidor radica en la calidad del producto terminado.

Cualquier detalle o defecto por más mínimo que sea puede ocasionar una leve inclinación del

consumidor para adquirir el producto de la competencia. Es así como las industrias acuden a los

procesos automatizados para obtener el grado precisión y exactitud que conlleva a la buena

calidad de sus productos, incremento de producción, reducción de costos y mayor control antes,

durante y después del proceso.

El presente informe desarrolla del plan de automatización de una de las producciones con mayor

demanda en el país: la producción de fideos o pastas secas. Cabe resaltar que se realizara en base

a una PyME dedicada a elaborar fideos largos y que esta cuenta con una producción de 500 –

3000 kilos diarios. Se mostrara en detalle cada una de las operaciones que se debe llevar a cabo

para obtener fideos así como también las áreas de la empresa involucradas dentro del proceso

como área de producción, área de ventas, etc. Por otro lado, se identificara las operaciones

susceptibles a ser automatizadas con la justificación respectiva y el cómo estas deberían estar

automatizadas.



II. ÁREAS INVOLUCRADAS EN LA PRODUCCION DE FIDEOS Área de producción

Esta área se encarga del desarrollo de todo el proceso productivo del fideo, el cual cuenta con

las operaciones de mezclado, amasado, extrusión, corte, secado, envasado y almacenamiento;

así como también de inspecciones para el control de calidad.

Para nuestra empresa el nivel de producción fluctuará entre los 500 - 3000 kg diarios,

escala correspondiente para una pequeña empresa.

Área de comercialización y distribución

Estas áreas se encargarán del manejo de stock de mercancías, lo cual involucra la distribución

del producto en los diversos puntos de ventas, el manejo de pedidos, y el establecimiento de

un precio competitivo al producto. Para nuestro caso la distribución del fideo se dará solo a

nivel local ya que la empresa es pequeña.

Área de Logística

Esta área tiene como función la gestión de los recursos de la empresa, es la encargada de

adquirir los insumos requeridos por el área de producción, así como también de recibirlos y

almacenarlos.

FIGURA 1. Diagrama de las áreas involucradas en la elaboración de fideos largos.



III. ETAPAS DEL PROCESO DE ELABORACIÓN DE FIDEOS LARGOS1. Recepción de materias primas e insumos

Para el proceso de producción de fideos largos, se necesitan básicamente sémola de trigo,

agua, colorante amarillo, aditivos nutricionales y conservantes. La sémola de trigo y el

colorante amarillo son recibidos en el área de inventario inicial previo contacto con el

proveedor. El agua proviene del tanque principal de la planta.

2. Dosificación o pesado de materia prima e insumos

Luego de la recepción de materias primas, se procede a la dosificación o pesado de los

ingredientes según especificaciones de la empresa para la mezcla de fideos largos. Se

emplean balanzas electrónicas y recipientes con escala de medida adecuados.

Por otro lado, la cantidad de agua a emplear se relaciona con la humedad inicial de la sémola

de trigo, aproximadamente, la relación entre la sémola de trigo y el agua es de 3 a 1.

3. Mezclado y amasado de materia prima e insumos

Los ingredientes pesados pasan a la maquina mezcladora en donde se busca obtener una masa

de consistencia homogénea y buena integración de los ingredientes. Durante el proceso

también se realizan diferentes pruebas a la masa durante y después del mezclado a través de

la granulometría, pruebas microbiológicas y regulación constante de la temperatura, estos

procedimientos asegurarán que las pastas secas de fideos largos tengan la consistencia

apropiada además de preservar la inocuidad de la masa para las posteriores etapas del

proceso. Asimismo la masa no debe sobrepasar un porcentaje de humedad del 30%.

4. Primera inspección

Se realizan pruebas de laboratorio a las muestras tomadas de la masa, en la cual se verifica

que se cumpla con las siguientes especificaciones:

100 colonias de organismos por gramo como máximo en la cuenta de hongos.

20 colonias de organismos por gramo como máximo en la cuanta de levaduras.

Valor negativo en cuenta de coliformes fecales en 1 gramo.

Valor negativo en salmonella en 25 gramos.

También se realiza pruebas físico-químicas, las cuales consisten en la evaluación del

contenido de cenizas, proteínas, pentóxido de fósforo, humedad, extracto etéreo y colesterol.

Se comparan los resultados obtenidos y si son satisfactorios se procede a la sgt operación.



5. Extrusión

En esta etapa se presiona la masa a pasar por una plancha con agujeros, la cual es prensada

hasta obtener la forma deseada. Esta forma se obtiene a la salida de la prensa, la cual posee

una pieza intercambiable que en este caso otorgará la forma final alargada a la pasta seca de

fideos. La prensa para evitar el calentamiento de la masa por la fricción que se pueda generar,

se encuentra cubierta con una chaqueta de refrigeración para mantener los cilindros y

cabezales de la prensa, en una temperatura no mayor a los 40ºC. Esto evitara un posterior

oscurecimiento de la masa para fideos largos. Por otro lado, estas condiciones facilitan que la

masa pueda fluir a una velocidad constante y uniforme.

FIGURA 2. Proceso de extrusión.

6. Extendido de fideos largos

En esta etapa la pasta se coloca y distribuye a través de conductos horizontales o una especie

de planchas metálicas horizontales donde la masa de pasta seca extruida cae y reposa de un

lado hacia el otro de la plancha de un modo que cuelgan longitudinalmente y luego de ser

extendidos y enfriados por unos minutos, estos se encuentran listos para pasar a la etapa de

pre-secado y secado propiamente dicha.

7. Presecado

La pasta al salir del proceso de extrusión contiene aproximadamente 30% de humedad, y para

ser empaquetado tiene que contener un 12% de humedad. En este proceso hay una reducción

inicial de la humedad hasta un 17% - 23% aproximadamente, el tiempo de permanencia es de

unos 60 a90 min, es aquí donde se evita el crecimiento de bacterias y donde se conserva la

coloración de la pasta.Se debe tener cuidado ya que si el secado es demasiado rápido, se

secara primero la parte externa, después la parte interna y por ende el producto podría sufrir



fallas y el fideo podría resquebrajarse. De la misma forma existen problemas si la desecación

es demasiado lenta.

8. Secado

El proceso de secado es vital para poder cumplir con la calidad requerida por los clientes, es

así que se realizara en una cámara aislada con control de humedad y temperatura interior.

La humedad del fideos tiene que reducirse hasta el 12%, la temperatura en esta etapa oscila

entre 65 y 88°C y el tiempo de permanencia dentro de la máquina es aproximadamente 5

horas.

FIGURA 3. Proceso de secado.

9. Corte

Una vez extendida la pasta se pasa al proceso de corte, el cual realiza la operación utilizando

troqueles que son accionados de manera manual. Una vez cortadas aproximadamente unos 25

centímetros, se colocan en unos carros secadores que contienen un fondo de madera liso.

10. Segunda Inspección

Se realiza con la finalidad de controlar la resistencia de la pasta de fideos largos así como el

largo de los mismos. Se realiza una inspección visual para medir la fragilidad del fideo, si es

propenso a quebrarse y si en la etapa posterior al secado este cumple con las especificaciones

de calidad del producto con respecto a temperatura adecuada, olor, textura y color; ya que en

el etapa de secado se trabaja con altas temperaturas que en ocasiones pueden afectar las

características propias de la masa y por tanto la calidad del producto terminado.



11. Pesado y envasado

En esta operación se requiere que un operario este vigilando el producto que entra a la

empaquetadora automática, la cual tiene la función de pesar 450gr de fideos, colocarlo en

bolsas de celofáno plástico (Polipropileno-poliéster) y sellarlo. El sellado se puede realizar

con selladoras de mordazas metálicas calientes. Una vez realizado el envasado, los empaques

se depositan en cajas donde el operador encargado realiza el sellado con cintas o pegamento.

FIGURA 4. Máquina de sellado al vacío.

12. Empaquetado

En esta etapa el fideo proveniente de los cangilones o contenedores de vaivén es acomodado

de manera uniforme para el embolsado el cual es realizado en forma manual en paquetes de

500 gramos y se embolsan hasta un total de 5 kilogramos ó 10 kilogramos por bolsa, y se

coloca una etiqueta con el rotulado de acuerdo a la norma correspondiente.

13. Almacenamiento de producto terminado

Las bolsas de producto terminado son llevadas a los espacios de almacenamiento temporal

con el que cuenta la sección de empaquetado.

Toda la producción del almacén temporal pasa hacia el almacén de productos terminados,

donde se coloca las láminas de plástico llamadas strech film para proteger el producto y

asegurar el apilado para el despacho posterior y comercialización de las pastas secas de fideo

largo.



IV. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE ELABORACIÓN DE

FIDEOS



V. OPERACIONES SUSCEPTIBLES A SER AUTOMATIZADAS Y PLAN DE

AUTOMATIZACIÓNSe presenta la descripción de los problemas que se pueden presentar en las diferentes operaciones

de la empresa, así como las razones por las que se recomienda automatizarlas. Además, se

plantea la solución a los problemas empleando el sistema de automatización.

1. Dosificación o pesado de materia prima e insumos.

Problemática

Esta etapa del proceso de elaboración de fideos largos es considerada como critica ya que

debe mantenerse una calidad constante en la mezcla de ingredientes, por lo que debe haber

una correcta proporción de las materias primas principales que son la sémola de trigo duro y

la cantidad de agua (la cual ha sido descalcificada, desionizada y neutralizada en procesos

previos de purificación). Es recomendable que la proporción de sémola y agua este dentro del

rango de 75 a 85 % y de 15 a 25 % respectivamente, de tal forma que estas condiciones de

trabajo cumplan con las especificaciones del Codex Alimentarius.Asimismo, una correcta

mezcla de materia prima aportará un valor agregado a la masa a través de sus características

propias del producto de pastas seca de fideos largos. Por lo anterior es muy importante

controlar las cantidades por pesos, lo cual haga factible el cumplimiento de las

especificaciones de la mezcla de forma segura y sin tener que recurrir a aproximaciones que

puedan afectar la integridad de la masa.

Solución automatizada

Con la finalidad de mantener la proporción correcta y exacta de ingredientes para la posterior

etapa de mezclado de ingredientes, será necesario colocar un dispositivo para medir la

cantidad de sémola en peso (kg) ha agregar en el contenedor, el cual pueda marcar un nivel

de referencia en el contenedor de acuerdo a una proporción establecida y luego implementar

un mismo dispositivo capaz de controlar el nivel de agua necesario para cubrir la proporción

de la mezcla en el contenedor, de esta forma se asegurara la homogeneidad y consistencia

deseada para los fideos largos; así como mantener la humedad de la masa en un porcentaje no

mayor al 32%.



2. Mezclado de materia prima e insumos.

Problemática

Esta etapa es importante dentro de proceso de elaboración de fideos, ya que si no se obtiene

una mezcla homogénea que cumpla los estándares alimenticios y sanitarios establecidos en el

plan HACCP, la masa tendrá que ser separada de la línea de proceso. Uno de los principales

objetivos del sistema HACCP es proteger la salud del consumidor, brindando productos

inocuos y aptos para el consumo humano.

Al estar expuesta la masa al ambiente existe el riesgo de que objetos extraños penetren o

caigan en el proceso de mezclado, ocasionando alteraciones al producto final.

Los posibles riesgos son:

Físicos: la caída de objetos que contengan metal, estos puede ocasionar problemas al

consumidor principalmente en las vías respiratorias.

Biológicas: presencia de bacterias, hongos o moho, lo que ocasionaría que la masa se

malogre, contamine y sea no apta para el consumo humano. Al igual que es probable que

ingrese las costras de harina de las paredes del silo, que no fueron limpiadas del proceso

anterior.


Es recomendable emplear para el proceso de mesclado y amasado una máquina que tenga la

capacidad de procesar la cantidad necesaria de acuerdo al tamaño de nuestra empresa, como

nuestro se trata de una pequeña empresa (la cual tiene que procesar entre 500 a 3000 kg/por

día) es recomendable usar una máquina que sirva de batidora/mescladora/amasadora de 10lt

de capacidad, que tiene un costo aproximado de 5000 dólares. Con esta máquina se podrá

reducir el manejo de material.

FIGURA 5. Máquina mezcladora y amasadora.



3. Secado

Problemática

El proceso de secado es un punto crítico para la producción de fideos, debido a que mediante

esta operación, los fideos adquieren las características que cumplan con las especificaciones

de sanidad y expectativas de los clientes en cuanto a “que no se peguen”, no se deshaga en la

cocción, que no se quiebren, etc. La temperatura dentro de la cámara de secado no debe

superar los 80ºC para poder eliminar el exceso de humedad (humedad final máxima = 12%),

asegurar la extinción de microorganismos y evitar cualquier tipo de contaminación.


Se propone la colocación de un dispositivo que no solo realice la medición y control de la

temperatura al interior de la cámara de secado, sino este también será capaz de regular la

temperatura ante cualquier variación. Por otro lado, también se colocara dispositivos que

controlen la humedad y corriente de aire dentro de la cámara de secado.

FIGURA 6. Cámara de secado de fideos.

4. Envasado

Problemática

El envasado tiene como misión preservar el producto en su interior, desde que este es

envasado hasta que es consumido por el cliente, pasando por operaciones como transporte,

almacenamiento y distribución. Además, el envase es la imagen del producto a vender, es el

componente visual que capta la atención del cliente. Es por ello, que se propone mejorar esta

operación con el fin de evitar un envasado defectuoso; esto es, obtener paquetes de fideos con

diferentes pesos o con un sellado incorrecto. Si se realiza un mal sellado, el paquete podría

abrirse durante su transporte y no llegar en óptimas condiciones para su venta.




Con el fin de asegurar que cada paquete de fideo contenga una cantidad aproximadamente

igual de gramos y garantizar el buen estado del producto, se propone implementar un

dispositivo que permita llenar los paquetes de acuerdo a la presentación que se requiera, de

manera que se controlaría la cantidad de gramos a colocar en cada envase. En nuestro caso

todas las presentaciones serán de 500 gramos. Además, esta máquina tendrá la función de

sellar los paquetes de fideo una vez que estos se encuentren llenos, garantizando un buen

cierre y así evitar futuras roturas.

Este dispositivo será una máquina empaquetadora vertical modelo L–300V de la marca

INNOEVAS, máquina sencilla de manejar y de mantener que permitirá colocar el largo de la

bolsa fácilmente y de manera precisa para realizar el llenado de fideo. Antes de realizar el

llenado, a las bolsas se le imprimirá la información relevante del producto (fecha de

producción, número de lote y fecha de vencimiento). Finalizada la impresión la máquina

alimentará del largo de la bolsa necesario para el llenado, para luego sellarlas en

presentaciones de 500gramos. El control del llenado será manejado mediante la

implementación de un PLC, el cual se manejará desde el tablero de control de la máquina.

Finalmente los paquetes obtenidos serán conducidos al área de empaquetado mediante el uso

de fajas transportadoras. El costo de la máquina envasadora vertical fluctúa entre $3000 -

$8000.

FIGURA 7. Máquina envasadora vertical L-300V.



5. Empaquetado

Problemática

En esta etapa es importante proteger el producto envasado de fideos largos del ambiente

exterior como son bacterias, hongos, humedad excesiva, polvo, temperatura criticas; así como

mantener el producto fuera de riesgo químico o biológico. Por otro lado, con la finalidad de

disminuir las pérdidas de los productos terminados por caída o golpes, lo cual puede generar

daños en el mismo, es necesario implementar una forma segura y controlada de aislar

mediante el empaquetado a las pastas de fideos largos y de esta forma agilizar el proceso de

empaquetado


Para poder reducir o eliminar los problemas antes detallados, se podría implementar una

maquina de empaquetado y sellado al vacio. De esta forma se puede obtener productos que

cumplan con los estándares alimenticios y de salubridad detallados en el sistema HACCP.

Además, al utilizar una maquina de embalaje esta disminuirá el tiempo de producción y

conservara la integridad del producto terminado.



VI. INSTRUMENTACIÓNA continuación se detallará la instrumentación requerida para cada una de las operaciones

involucradas en el proceso de producción y empaquetado de fideos:


Sensor de Flujo de agua G1/2

El sensor de flujo de agua consiste en una válvula de cuerpo plástico, un rotor de agua y

un sensor de efecto hall. Cuando el agua fluye a través del rotor, el rotor gira. Su

velocidad cambia con diferentes ritmos de flujo. El sensor de efecto hall tiene como

salida la señal de pulso correspondiente.

El sensor de flujo colocado en el tanque de dosificación de materia prima medida el

caudal de agua necesario de acuerdo a la proporción previa añadida de sémola de trigo

vertida en el tanque , la cual constituye aproximadamente 75% de sémola de trigo y 25%

de agua para una correcta constitución de la masa en la etapa de mezclado.

Por otro lado, se presenta las especificaciones del producto:

Voltaje de trabajo: 5V-24V.

Corriente máxima: 15mA (DC 5V).

Peso: 43 g.

Temperatura de operación: 0~80 C.

Rango de ritmo de flujo: 1~30 L/Min.

Humedad de operación: 35~90% HR.

Presión de operación: bajo 1.2Mpa.

Temperatura de almacenado: -25 ~ +80 ºC.

Humedad de almacenado: 25 ~90% HR

FIGURA 8. Sensor de Flujo de Agua G1/2 – SKU: MCI-SEN-00725



Sensor de nivel para sólidos

El SOLIBA EX GP es un sensor de nivel de sólidos el cual ha sido diseñado para

la detección de nivel alto en silos, contenedores y todo tipo zonas de almacenamiento.

Tiene una lógica sencilla de uso, en el cual el sensor se encuentra suspendido

verticalmente a la altura deseada, una vez que el flujo del grano alcanza el SOLIBA EX

GP, éste se inclina y detiene el llenado del silo. En este caso el sensor seria colocado a

cierta distancia dentro del silo de dosificado de acuerdo a la proporción de sémola de

trigo deseada (entre 75 % y 85%) y cuando haya sido alcanzada

la cantidad requerida, el contenido de sémola moverá el sensor,

deteniendo el llenado de sémola de trigo según lo especificado.

FIGURA 9. Sensor de nivel para sólidos SOLIBA EX GP

Válvula reguladora de agua de suministro

Válvula reguladora, para flujo de agua, en tubería de suministro. Esta válvula regula el

caudal de agua a la entrada del tanque de dosificación hasta alcanzar el flujo de agua

deseado.

La diferencia notoria de Válvula Ahorradora FLU-CON 2000, con un dispositivo

ahorrador de los que actualmente existe en el mercado es la siguiente: Ahorro de agua

hasta en un 50%, ahorro de energía eléctrica en igual porcentaje, ahorro en Costos de

potabilización, no necesita mantenimiento, no se obstruye por sulfatos o impurezas y se

dan cinco años de garantía.

FIGURA 10. Válvula Ahorradora FLU-CON 2000



PLC- EM223 Digital I/O Module SIEMENS

El PLC modular (flexible) de 4 entradas y 4 salidas (4DI/ 4DO), reemplaza al controlador

rígido y se será utilizado en el proceso de dosificado para controlar dos variables de

medición las cuales son nivel de sólidos (sémola de trigo) y flujo de agua, integrando

ambos procesos en un solo lazo de control. El PLC –EM223 tendrá como entradas el

transmisor con indicador de flujo y el transmisor con indicador de nivel y como salidas al

motor accionador de la compuerta de la bandeja de llenado de sémola de trigo y a la

válvula flujo reguladora de de accionamiento neumático.

FIGURA 11.EM 223 Digital I/O Module SIEMENS

Motor 2444 S – ie2 Faulhabe

Luego que el PLC compara el valor que recibe del sensor de nivel de sólidos verificando

el valor obtenido con el valor deseado de cantidad de sémola de trigo a llenar en el silo,

este emitirá la señal al actuador, el cual es el motor 2444S, y detendrá el proceso de

llenado a través del cierre de la pequeña compuerta de la bandeja de llenado.

FIGURA 12. Motor 2444 S - IE2 Faulhabe.



2. Mezclado de materia prima e insumos

En el proceso de mezclado se emplea un PLC, que tendrá como entrada a un sensor,

transmisor indicador, con los cuales se registrarán la cantidad de materia prima necesaria para

iniciar el proceso, una vez detectada la cantidad optima, el controlador (PLC) enviara una

señal al actuador que en este caso será la electroválvula, para cerrar e impedir el paso de

material.

Detector de nivel para sólidos: Transmisor de nivel por ultrasonido 40 - 80 °C, max. 40

m - SmartScan 50 SOLID

Es una línea de medidores de nivel ultrasónicos para mediciones continuas, mide sólidos

y líquidos. Son sensores muy ligeros y compactos, permite una mejor exactitud de la

medición.En el proceso, el sensor se utilizará para medir la cantidad de sémola y agua que

se usará en el proceso de mesclado, cuando se tenga la cantidad requerida el sensor

emitirá una respuesta y la fuente de alimentación será cerrada.

FIGURA 13. SmartScan®50 – SOLID

Electroválvula 1,4 ± 10 Kgm² 19/24 Vac (TORO)

Construida en PVC de alta resistencia, reforzado con fibra de polipropileno, y partes en

acero inoxidable (resistente a la corrosión y a los rayos ultravioleta). La función que

cumplirá será permitir el paso del flujo desde el silo hasta la maquina mezcladora, esta

electroválvula estará conectada a un PLC.

FIGURA 14. Electroválvula 1,4 ± 10 Kgm²

19/24 Vac (TORO)

Bombas MINETTE – MINOR



Las bombas Grindex están diseñadas para operaciones continuas y sin vigilancia. Han

demostrado ser fiables y de rendimiento confiable en áreas con grandes exigencias. Esta

bomba permite el paso de la sémola y agua proveniente del tanque de dosificación hacia

la máquina de mezclado.

PLC – EM 223 Digital I/O Module SIEMENS

A este PLC (flexible) 4 DI / 4 DO, se le conectará el transmisor y tendrá como salida a la

electroválvula. Emplear este tipo de controlador es más económico que usar un

controlador rígido.

FIGURA 15. EM 223 Digital I/O Module (SIEMENS)

3. Secado

En el proceso de secado se busca captar, controlar y regular dos variables indispensables que

influyen directamente en la calidad del producto: temperatura y humedad

Transmisor de humedad y temperatura TH200 de la marca KIMO.

El dispositivo tiene incorporado un sensor que captara la temperatura y humedad de la

cámara de secado, el transmisor se encargara de amplificar y convertir la señal captada en

una mas adecuada para el controlador, y mostrara los valores en un display incorporado

en el mismo.

FIGURA16. Transmisor de temperatura y humedad TH200 – KIMO

PLC – EM 223 Digital I/O Module SIEMENS



El controlador recibirá la señal directamente del transmisor de temperatura y humedad y

este compara con los valores establecidos para cumplir la calidad demandada. Ante

cualquier cambio, este se encargara de regular la temperatura y humedad dentro de la

cámara de secado. Cabe resaltar que el controlador mostrado cuenta con 4 entradas y 4

salidas (mas de lo previsto), es por eso que este proceso y el de empaquetado emplearan

el mismo PLC.

FIGURA 17. EM 223 Digital I/O Module (SIEMENS)

4. Envasado

Encoder óptico CALT

Utilizados para detectar el movimiento de rotación de un eje. En nuestro caso se utilizará

para detectar las impresiones hechas en el material de empaque, de modo que una vez

detectada estas marcas, el sensor pueda emitir una respuesta. Cuenta con una salida

digital y es inmune a la interferencia eléctrica. La longitud de la bolsa será determinada

por la distancia entre las marcas en el rollo de polietileno.

FIGURA 18.Encoder incremental CALT

Controlador lógico programable: PLC Siemens 6es7223-1bf22-0xa0



Mediante este componente se podrá controlar la cantidad de gramos de fideos a colocar

en cada uno de los envases es decir, asegurará que cada una de las presentaciones

contenga 500 gramos. La implementación de este controlador será sencilla y fácil de

manejar. Además, permitirá en conjunto con un servomotor colocar el largo de la bolsa

necesaria para el envase de manera fácil y precisa. Asimismo, permitirá modificaciones

en los parámetros cuando sea necesario mediante un panel de control que se encontrará al

alcance del operario (ubicado en la misma máquina empaquetadora vertical).

FIGURA 19. PLC de Siemens S7-224.

Motor paso a paso

Este componente permitirá asegurar que el material de embalaje se pueda jalar fácilmente

a un paso estable, a fin de asegurar que se alimente del largo necesario para la creación

del envase.

FIGURA 20.Motor paso a paso.

Sensor de peso: i40 – DR



Este componente permitirá detectar el peso de fideos colocados en el envase, emitiendo

una señal al controlador para que se realicen las correcciones correspondientes si es que

son necesarias.

FIGURA 21. Sensor de peso i40 - DR

Actuador: Motor 2444 S – IE2 Faulhabe

Una vez que el controlador compara el valor enviado por el sensor de peso, este emitirá

una señal a un nuevo motor que a su vez permitirá el movimiento de las mordazas de

cierre, sellado y corte de las bolsas de fideo (control de mordazas de sellado y corte).

FIGURA 22. Motor 2444 S - IE2 Faulhabe.

5. Empaquetado

Pulsador de arranque y parada (ON/OFF)

El pulsador doble con indicador luminoso tiene un elemento con accionador redondo de

plástico de 22mm con botones cuadrados planos; el cual posee un soporte para tres

elementos con inscripción de O para indicar el color rojo y de I para el color verde.

El pulsador tiene 2 botones de inicio y parada, los cuales controlaran las fajas

transportadoras de bolsa de fideos (faja 1) y de cajas vacías (faja 2). Este pulsador doble

será accionado por el operador encargado del proceso de empaquetamiento y estará

montado en panel.

Contador y temporizador: Quartztimer / counter 550 GEFRAN



El contador/ temporizador 550 GEFRAN limita el número de teclas de placa frontal a las

estrictamente necesarias, hay un espacio más grande para la pantalla.

La miniaturización logrado con SMT reduce las dimensiones y aumenta la fiabilidad. El

microprocesador permite que el rendimiento requerido para ser seleccionado, por medio

de la creación de sólo tres parámetros (Typ, hacia fuera, pulg2) siguiendo la

configuración descrita más adelante.

Existen dos configuraciones SP1 y SP2, cinco bases de tiempo: de centésimas de segundo

a las horas y minutos, y cinco rangos prescaler para el contador.

El contador integrado en el sistema de empaquetamiento contará 20 bolsas de fideos

largos por caja , el cual trabajará con un controlador de peso durante el llenado de las

cajas y se accionara despues de que el sensor optico de la faja 2 haya detectado la caja

vacia y esta se haya detenido frente a la recpecion de bolsas de fideos de la faja 1; además

el mismo dispositivo sera utlizado como temporizador con la finalida de que la caja pueda

colocarse exactamente en la posicion de caida de las bolsas de fideos e introduciendo

parametros de tiempo en base al largo de la caja y la velocidad de avance de la faja 2, de

esta forma se garantiza que la caja pueda ser detenida en la posicion reuqerida para el

empaquetado de los fideos largos.

FIGURA 23.Quartz timer / counter 550 GEFRAN

Sensor fotoeléctrico banner world-beam qs18 series

Este sensor proporciona una fiable detección de objetos, detecta objetos de cualquier

forma o color que se encuentren entre el dispositivo y un fondo que no cambia de

profundidad (en este caso la faja transportadora). Tiene una detección con supresión de

fondo de 300mm y supresión de primer plano de hasta 200mm. Cuenta con indicadores

LED que muestran las condiciones de potencia y detección.

Este sensor permite controlar el paso de los paquetes de fideos sellados, los cuales serán

llevados a la zona de empaquetado final. Este sensor estará ubicado casi al extremo de la

faja transportadora y realizara un control de la cantidad de fideos que caerán en las cajas



vacías (en este caso será de 20 paquetes de fideos – 10kg).

FIGURA 24. Sensor fotoeléctrico BANNER

Sensor de medición laser Turk Serie lg5b65piq

El principio de funcionamiento de L-GAGE se basa en triangulación óptica. El emisor y

el óptico generan una fuente de luz que es dirigida hacia el objeto. El haz del láser se

refleja desde el objeto y retorna al lente receptor del sensor, desde el cual es redirigido al

dispositivo de posición sensible dispositivo (PSD), el cual actúa como elemento receptor.

La distancia al objeto desde el receptor, determina el ángulo de incidencia de la luz al

receptor. El microprocesador integrado utiliza este ángulo para analizar la posición del

objeto y generar la correspondiente señal de salida.

Este sensor permite que las cajas vacías que están en la caja transportadora hagan una

parada para que se pueda realizar el proceso de llenado, luego cuando las cajas tengan la

cantidad de bolsas requeridas (20 bolsas de fideos) sigue con su camino, permitiendo que

se repita el proceso.

FIGURA 25. Sensor óptico TURCK

VII. DIAGRAMA P&ID




El proceso se inicia con la entrada de sémola de trigo al tanque de dosificación; la cantidad de

sémola a verter en el tanque se medirá con un sensor de nivel que a través de un transmisor

envía una indicación del valor medido al controlador el cual verifica la cantidad de requerida

de sémola de trigo de acuerdo a la proporción especificada por el operario y envía una seña

eléctrica al mecanismo de entrada de la sémola de trigo con la finalidad que se detenga el

llenado; luego es activado el sensor de flujo para el llenado del tanque con agua según la

proporción requerida y es regulado por una válvula reguladora de flujo de accionamiento

neumático, la cual recibe la señal de medida del flujo de agua y cuando se haya alcanza el

flujo requerido cerrar la el suministro de agua hacia al tanque.

2. Mezclado de materia prima e insumos



En este proceso se regula la entrada de la mezcla proveniente de la zona de dosificado, la

cantidad que ira pasando por el conducto se registra empleando el sensor. Para obtener la

cantidad requerida para la mezcla se emplea el controlador el cual una vez registre la masa

requerida emite una señal eléctrica al para que se efectúe el cierre de la electroválvula

3. Secado

Dentro de la cámara de secado, el sensor se encarga de medir la temperatura y humedad

presentes y emitir una señal basada en resistencia eléctrica hacia el transmisor. El transmisor

e indicador de temperatura y humedad amplificara y convertirá la señal recibida a unidades

de corriente (4 – 20 mA). Luego se envía la señal eléctrica al controlador PLC que verifica

que el proceso se esté dando en las condiciones óptimas. Ante un cambio de temperatura, la

resistencia eléctrica de los sensores también variara proporcionalmente indicándole al

controlador que algo no se está dando de manera correcta. El diagrama P&ID se muestra a

continuación:





4. Envasado

En este punto se inicia con la impresión de la información relevante del producto en el

material de embalaje para luego alimentar de este material a la máquina envasadora. Aquí,

mediante un sensor transductor óptico se detectan las impresiones hechas en el material de

embalaje, y este determina la longitud de las bolsas en base a la distancia existente entre las

marcas. Luego el sensor envía la señal al controlador (PLC) para que este revise la longitud

medida, en caso de que esta no sea la correcta se envía una señal al actuador (servomotor), ya

que este permite asegurar que el material de embalaje se pueda jalar fácilmente a un paso

estable. Una vez obtenida la longitud correcta, se realiza el llenado del fideo en los envases

mediante la tolva superior de descarga; al terminar el llenado, un sensor de peso medirá los

gramos de fideos y emitirá una señal al controlador para su respectivo análisis. Obtenido el

peso correcto de fideo (500 gramos) se emitirá una señal al actuador (motor) mediante el cual

se podrá sellar y cortar el paquete de fideo.





5. Empaquetado

La faja 2 se encarga de transportar las cajas vacías a la espera del llenado de paquetes de

fideos, se colocara un sensor que detectara la presencia de una caja vacía lista para el llenado,

se emite una señal eléctrica hacia un controlador que se encarga de interpretarlo y mandar la

orden para fijar la posición exacta en donde se deben colocar las cajas. Esta orden es

interpretada por un actuador que detiene la faja para el llenado de las cajas, terminado esto se

activa de nuevo el movimiento de la faja.

La faja 1 se encarga de transportar los paquetes de fideos listos para colocarlos en cajas. Se

implementará un sensor que detecte la presencia de un paquete de fideo y emita la señal

eléctrica a un controlador. El controlador interpreta la señal y da la orden al actuador para que

pare el funcionamiento de la faja 1 y se proceda con el llenado de las cajas en base a un

contador de paquetes. Finalizado el llenado de las cajas se activa el funcionamiento de la faja

1 para poder pasar al sellado de la misma y llenado de la siguiente caja.



VIII. DIAGRAMA SCADA DEL PROYECTO



IX. PLAN DE INTEGRACION SCADA



De acuerdo a los procesos elegidos previamente para ser automatizados en la elaboración y

envasado de fideos largos, se encontró la necesidad de monitorear en conjunto los distintos

procesos en la planta de fideos a través de un sistema flexible , el cual permita notificar datos

importantes acerca de las variables de medición en cuestión y de esta forma controlar los

procesos que se producen directamente en la planta centralizada utilizando interconexiones a

una PC u ordenador y otras elementos requeridos para la integración del sistema. La

aplicación elegida, por lo tanto, es el sistema SCADA. Esta herramienta posee una

característica distintiva la cual es el control supervisado no solo de las variables

monitoreadas que actúan en un momento determinado en la planta industrial sino que puede

realizarse modificaciones en las variables de control en tiempo real. A través de una interfaz

gráfica interactiva tipo HMI básica , el sistema SCADA ayuda al operario a tomar decisiones

mostrando con señales de alarma en los puntos del proceso que se encuentren fuera de control

y necesitan ser parados para su revisión y posterior corrección.

De lo anterior, mencionamos los siguientes procesos a automatizar que serán integradas en el

departamento de producción de FIDEOS LARGOS y notificadas a las demás áreas de la

empresa:

Dosificación de materia prima

Mezclado y Amasado de materia prima

Secado

Envasado

Empaquetado

Las variables de medición a controlar y supervisar mediante la implementación del SCADA

en cada proceso, en el orden anteriormente mencionado, son:

Flujo de agua y nivel de solido (sémola de trigo)

Flujo de masa (agua +sémola de trigo en mezcla)

Temperatura y Humedad

Peso y largo de fideos

Presencia de bolsas (contar y llenar bolsas en las cajas).

EL PLC (3 PLC s en nuestro caso, elegidos por conveniencia) será el encargado de controlar

tanto los sensores de flujo, nivel, peso, temperatura y humedad, presencia, etc como los

actuadores como motores, resistencias, válvulas involucrados en los procesos de elaboración

de fideos largos. Los sensores, los cuales son dispositivos de entrada al PLC, y los

actuadores, dispositivos de salida los cuales se conectan a la salida del PLC, se disponen en



un tablero de control accesible al operador. El tablero conectará las entradas y salidas del

PLC o RTU y se conectara con un ordenador (a través del CPU), mediante un puerto de

comunicación de redes de área local o LAN. El acceso y obtención de datos en tiempo real

por parte del operario permitirá hacer un registro de las señales de la planta, hacer un

seguimiento de las mismas y tomar acciones acerca de la variable medida, y poder guardarlas

como histórico para el conocimiento de las demás áreas directamente implicadas con la

producción como logística, distribución y comercialización, las cuales pueden usar esta

información para crear informes y hojas de cálculos.

El ordenador conectado al RTU en cada proceso a automatizar, esta a su vez integrado por

dos ordenadores adicionales los cuales se integran a un ordenador principal (central). Este

último recibe la información de los MRU, los analiza y compara y en base a los resultados

puede tomar decisiones para corregir señales de alarma o prevenir en situaciones futuras, en

problemas similares. La información recopilada puede ser guardada y visualizada mediante

otros servidores externos a la empresa a través del uso del internet.

En nuestro caso observamos la conveniencia de utilizar 2 PLCs o RTUs para dos procesos :

mezclado y secado, así como dosificado y empaquetado debido a que ahorra la manipulación

y monitoreo de los instrumentos y variables de medición, y en efectos de utilizar la

capacidad de entradas y salidas del PLC sin que esto implique necesariamente riesgos o

compromiso de sobrecarga en el PLC ya que esta situación puede ser prevenida a través dela

programación LADDER del PLC en cada proceso, en el cual si una parte de uno de los

procesos fusionados en el PLC falla, no implicara que el otro proceso también se vea

afectado.

A continuación se describen los componentes del sistema de integración SCADA:

Componentes de un sistema SCADA:

Interfaz humano-máquina (HMI)



El interfaz humano maquina permite que el usuario u operador pueda configurar y definir el

entorno de trabajo del SCADA así como proporcionar al operador las funciones de supervisión y

control de la planta industrial. Este proceso mediante gráficos almacenados en el ordenador del

proceso y generados en el editor de SCADA, o se puede cargarse como información específica de

un proceso desde un ordenador (CPU) como por ejemplo el de secado, en el que se encuentra la

secuencia del proceso y se programan los valores deseados para variables como humedad y

temperatura, los cuales aparecen en un rango de valores.

Módulo de proceso

Se ejecutan acciones pre programadas a partir de los valores de las variables leídas de medición

involucradas en cada proceso.

Gestión de datos

Se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que se pueda

tener acceso hacia ellos mediante otra aplicación o dispositivo.

Master Terminal Unit (MTU)

El Master Terminal Unit recibe información de la exploración periódica de las variables del

proceso realizado por los RTU a través de módulos de comunicación. La MTU se encuentra

ubicada en la sala de control central, por lo tanto es en donde se realiza el control del sistema de

donde se obtendrá la información del resto de las estaciones bajo una constante supervisión. En

este proceso se utilizara como MTU una PC, el cual será el que registre y vea todos los

movimientos de producción.

Remote Terminal Unit (RTU)

También llamada Unidad de Terminal Remota. La RTU se conecta al equipo físicamente y lee

los datos de estado desde una válvula o interruptor (por ejemplo, presión, corriente, temperatura,

etc.). Mediante el RTU se pueden enviar señales que habilitan el control del operario hacia los

actuadores, como por ejemplo, abrir o cerrar una válvula o configurar la velocidad de algún

equipo, el encendido o apagado de un equipo, etc. Para nuestro caso, son tres las actividades a

automatizar, serán estas las que tendrán los instrumentos de campo para mandar las señales, con

los sensores que se manejan, al RTU y posteriormente al MTU. Cada actividad tendrá su propia

RTU para que se maneje de manera independiente las señales que se envíen; sin embargo, todo



llegará a un solo MTU. En este proceso, utilizaremos controladores lógicos programables (PLC)

como RTU.

Red de Comunicación

Se da la transferencia de información entre la planta y la arquitectura de hardware que

soporta el sistema SCADA, y entre esta y los demás elementos informáticos de gestión.

Software

Para la implementación del sistema SCADA en los procesos que se va a automatizar, se deberá

escoger un software que sea compatible con el tipo de PLC que se va a utilizar. Para nuestra

propuesta de automatización se escogió trabajar con un controlador lógico programable PLC EM

223 Digital I/O Module (SIEMENS) , de 4 entradas y 4 salidas; ya que presenta beneficios como

su alta compatibilidad, la facilidad de programación y su fácil puesta en marcha. Entonces el

programa compatible para esta empresa seria el software Siemens STEP 5 Programming

Software, el cual es un software de la misma compañía SIEMENS.

X. APLICACIÓN DE ROBÓTICA



Dentro del proceso de producción de fideos, una de las operaciones que presentan trabajo

repetitivo y monótono para un operario es el empaquetado de bolsas de fideos en las cajas de 20

en 20. Frente a esta situación, se podría emplear un robot industrial que cuente con flexibilidad,

buen alcance y facilidad para alcanzar objetos.

Es así que emplearemos un robot de ejes horizontales (tipo brazo articulado) ya que es el más

versátil y se asemeja al brazo humano permitiendo obtener cualquier posición mediante

articulaciones y rotaciones. Este brazo robótico tendrá un gripper de tres dedos que cogerá los

paquetes de fideos de la faja para colocarlos en cada caja (20 paquetes), en esta parte habrá que

tener mucho cuidado con la velocidad del cierre del gripper para no quebrar los fideos secos ni

dañar el empaque.

FIGURA26. Brazo de robot

XI. COSTO TOTAL DEL PROYECTO



La siguiente tabla muestra los gastos en los que se incurrirá al realizar el plan de automatización propuesto:

El financiamiento del presente proyecto se realizará con un crédito al banco, deuda que se cancelará en el plazo de un año mediante el pago de cuotas mensuales.

Cronograma de las cuotas mensualesPara nuestra empresa se considerará una producción de 75 000 Kg. mensuales con un incremento en las ventas de 2% mensual:



En base a estos resultados se realizó la evaluación del proyecto:

El TIR tiene un valor de 20% que es mayor al costo de capital 15%. Además se obtiene un VPN

mayor que cero, es decir, positivo. Estos resultados indican una aprobación al proyecto.

XII. CONCLUSIONES La implementación de un sistema automatizado permite mayor control de variables

críticas que puedan afectar al proceso de producción y por ende a la calidad del producto

final.

La implementación de un plan de automatización puede generar pérdidas al inicio porque

se incurren gastos por instrumentación, instalación, etc.; pero a largo plazo permite

obtener ganancias.

Es importante emplear el sistema SCADA, ya que permite una mejor interacción entre los

procesos que se desarrollan en la empresa, además del control que se logra, también se

puede usar para almacenar historial de datos.



Los valores del VAN y del TIR cumplen una regla de aceptación:

Si el VAN>0 el proyecto se acepta. Como observamos en los cálculos, nuestro VAN

es mayor que 0 (S/. 1438994.81 > 0). En conclusión se acepta el proyecto.

Esto es una manera de demostrar la factibilidad de nuestra propuesta, ya que genera mayor

demanda e ingresos

La implementación de un robot industrial no siempre es viable en cuanto al tema de

costos, esto depende del proceso de producción, presencia de riesgos para el operario,

ambientes peligrosos, trabajo monótono, etc. En nuestro caso, no es viable la

implementación del robot industrial.

XIII. BIBLIOGRAFIA

INTI (Instituto Nacional de Tecnología Industrial)

2008 Pastas frescas: tallarines de sémola con huevo.Ediciones del INTI: Buenos Aires.

Fecha de consulta: 01/04/2013

Dirección:http://www.inti.gob.ar/atp/pdf/cuadernilloPastasFrescas.pdf

2010 Proceso de elaboración de fideos. Fecha de consulta: 02/04/2013

Dirección:http://www.buenastareas.com/ensayos/Proceso-De-Elaboracion-De

Fideos/1074820.html


http://www.buenastareas.com/ensayos/Proceso-De-Elaboracion-De%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Fideos/1074820.html

http://www.buenastareas.com/ensayos/Proceso-De-Elaboracion-De%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Fideos/1074820.html

http://www.inti.gob.ar/atp/pdf/cuadernilloPastasFrescas.pdf


Discovery Channel

2009 “How it´s made: Pasta” .Fecha de consulta: 05/04/12

Dirección: http://www.youtube.com/watch?v=75bfUmqx82s

2009 Pastas alimenticias. Fecha de consulta: 05/04/2013

Dirección:https://attachment.fbsbx.com/file_download.php?

id=237983713011876&eid=ASv4vcS16kP3k9h4BmFIHZnTr39exN2rAtROuO

Y3_mgk2YKs4hhz4bR7n_IUDt9Cwss&inline=1&ext=1365574644&hash=ASv

zNaS7Crh_96Ri

2010 Pastas Secas: Fecha de consulta: 05/04/2013

Dirección:http://www.buenastareas.com/ensayos/Pastas-Secas/395182.html

2011 Transmisor de caudal SCM PLUS 3000. Fecha de consulta: 30/04/2013:

Direccion:http://www.honeywellsp.com/hw_productos_servicios/hw_industrial/

FieldInst/Hw_MC/Hw_Transmisores_Caudal.htm

2010 Controlador de caudal GF SIGNET 3-5600. Fecha de consulta: 30/04/2013:

Dirección: http://www.nikron.com.ar/automacion/caudal/indicadores-transmisores/

2009 Convertidor i/p tipo 6116. Fecha de consulta: 30/04/2013:

Dirección: http://www.samson.de/pdf_in/t61160es.pdf

2010 Máquinas empaquetadoras. Fecha de consulta: 29/04/13

Dirección:http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/14825/1/Automatizaci%C3%B3n%20de%20maquinas%20empaquetadoras.pdf .


http://www.buenastareas.com/ensayos/Pastas-Secas/395182.html

https://attachment.fbsbx.com/file_download.php?id=237983713011876&eid=ASv4vcS16kP3k9h4BmFIHZnTr39exN2rAtROuOY3_mgk2YKs4hhz4bR7n_IUDt9Cwss&inline=1&ext=1365574644&hash=ASvzNaS7Crh_96Ri



http://www.youtube.com/watch?v=75bfUmqx82s


2010 Utilización de controladores lógicos. Fecha de consulta: 26/06/13

Dirección:http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/19383/2/Informe%20de%20trabajo%20profesional%20.pdf .

2008 Sensores. Fecha de consulta: 26/06/13

Dirección: http://eie.ucr.ac.cr/uploads/file/proybach/pb0813t.pdf .


http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/19383/2/Informe%20de%20trabajo%20profesional%20.pdf

http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/19383/2/Informe%20de%20trabajo%20profesional%20.pdf

Documents

Produccion y Empaquetado de Fideos