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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO

“APLICACIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN EN EL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN DE ALIMENTOS DE LA INDUSTRIA AVÍCOLA”

TESIS PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TÍTUTLO DE

INGENIERO MECÁNICO

P R E S E N T A

GERARDO MARTÍNEZ HERNÁNDEZ

DIRECTORES DE TESIS:

M. en C. JOSÉ RUBÉN AGUILAR SÁNCHEZ

ING. RAMÓN RODRÍGUEZ LUNA

MÉXICO, D.F. DICIEMBRE 2011

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD AZCAPOTZALCO

TESIS: APLICACIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN EN EL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN DE ALIMENTOS

DE LA INDUSTRIA AVÍCOLA

Indice Página III

ÍNDICE GENERAL III

OBJETIVO VIII

JUSTIFICACIÓN VIII

ALCANCE VIII

INTRODUCCIÓN IX

CAPÍTULO 1 GENERALIDADES 1

1.1.- EL MÉTODO DE LA DESHIDRATACIÓN 1

1.2.- EL HUEVO Y SU IMPORTANCIA COMO ALIMENTO 3

1.3.- LA INDUSTRIA DEL HUEVO 3

1.4.- EL HUEVO INDUSTRIALIZADO 4

1.4.1.- PRODUCCIÓN Y RECEPCIÓN 4

1.4.2.- LAVADO Y SANITIZADO 5

1.4.3.- QUEBRADO Y SEPARADO 6

1.4.4.- FILTRADO Y HOMOGENEIZADO 7

1.4.5.- PASTEURIZADO 7

1.4.6.- MEZCLADO 9

1.4.7.- ALMACENADO Y ENVASADO (LÍQUIDO 12

1.4.8.- HUEVO DESHIDRATADO 12

1.4.9.- ALMACENADO Y ENVASADO (POLVO) 14



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Indice Página IV

CAPÍTULO 2: PROBLEMÁTICA EXISTENTE 16

2.1.- SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE AIRE AL PROCESO 16

2.2.- SISTEMA DE CALENTAMIENTO DEL AIRE PRIMARIO 18

2.3.- SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE HUEVO LÍQUIDO 20

2.4.- CÁMARA DE SECADO 24

2.5.- SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE AIRE EXHAUSTO 27

2.6.- SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE HUEVO EN POLVO 28

CAPÍTULO 3: PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN. 31

3.1.- OPERACIÓN DEL SECADOR 31

3.1.1.- ENCENDIDO DEL SECADOR 31

3.1.2.- PARO DEL SECADOR 33

3.1.3.- FUEGO EN EL SECADOR 34

3.2.- SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE CONTROL PARA EL

HOMOGENEIZADOR 35

3.2.1.- VARIADOR DE VELOCIDAD 35

3.2.2.- SELECCIÓN DEL CONTACTOR 37

3.2.3.- SELECCIÓN DEL TERMOMAGNÉTICO 38

3.3.- SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE CONTROL PARA LOS

VENTILADORES DE AIRE PRIMARIO Y EXHAUSTO 38

3.3.1.- SECCIONAMIENTO Y PROTECCIÓN 39

3.3.2.- MÉTODO DE ARRANQUE 40

3.3.3.- CONTACTORES 42

3.3.4.- SELECCIÓN DEL TERMOMAGNÉTICO 44

3.3.5.- SOBRECARGA O RELEVADOR TÉRMICO 45

3.4.- SELECCIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL PARA EL SISTEMA DE

RASTRAS, LOS TRANSPORTADORES HELICOIDALES Y EL CERNIDOR 47

3.4.1.- CONTACTORES 47

3.4.2.- TERMOMAGNÉTICOS 49



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Indice Página V

3.4.3.- SOBRECARGA O RELEVADOR TÉRMICO 50

3.5.- SELECCIÓN DE VÁLVULAS 51

3.5.1.- VÁLVULAS DE ALIMENTACIÓN A ESPREAS 51

3.5.2.- VÁLVULA DE RETORNO 53

3.5.3.- VÁLVULAS DE BAJA PRESIÓN 55

3.5.4.- ACTUADOR NEUMÁTICO PARA VÁLVULAS 56

3.6.- SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE CONTROL PARA LOS SISTEMAS

NEUMÁTICOS 57

3.6.1.- SELECCIÓN DE LA TERMINAL PARA ELECTROVÁLVULAS 58

3.6.2.- SELECCIÓN DE ELECTROVÁLVULAS 58

3.6.3.- VIBRADORES SÓNICOS 60

3.7.- SELECCIÓN DE SENSORES 60

3.7.1.- SELECCIÓN DEL TERMOPAR 61

3.7.2.- SELECCIÓN DEL TRANSMISOR DE LA SEÑAL DE

TEMPERATURA 62

3.8.- SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL 64

3.8.1.- SELECCIÓN DEL PLC 64

3.8.2.- FUENTE DE ALIMENTACIÓN 65

3.8.3.- UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (CPU) 66

3.8.4.- MÓDULOS DE SEÑALES 67

3.8.5.- CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE SUPERVISIÓN

Y CONTROL 69

3.8.6.- DIAGRAMAS DE CONEXIONES 72

3.8.7.- PROGRAMACIÓN EN KOP DE LA SECUENCIA DE OPERACIÓN

DEL DESHIDRATADOR DE HUEVO 74

3.8.7.1.- BLOQUE DE ORGANIZACIÓN PRINCIPAL OB1 74

3.8.7.2.- BLOQUE DE FUNCIÓN 1 “ARRANQUE 74

3.8.7.3.- BLOQUE DE FUNCIÓN 2 “OPERACIÓN Y AJUSTE 75



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Indice Página VI

3.8.7.4.- BLOQUE DE FUNCIÓN 3 “MONITOREO

DE ALARMAS 78

3.8.7.5.- BLOQUE DE FUNCIÓN 4 “VENTILADORES

Y QUEMADOR 79

3.8.7.6.- BLOQUE DE FUNCIÓN 5

“LECTURA DE TERMOPARES” 80

3.8.7.7.- BLOQUE DE FUNCIÓN 6 “ELECTROVÁLVULAS

Y GAULIN” 81

3.8.7.8.- BLOQUE DE FUNCIÓN 7 “EQUIPOS AUXILIARES 82

3.8.7.9.- BLOQUE DE FUNCIÓN 8 “MONITOREO” 84

3.8.7.10.- BLOQUE DE FUNCIÓN 9 “SECUENCIA

DE APAGADO 1” 91

3.8.7.11.- BLOQUE DE FUNCIÓN 10 “SECUENCIA DE

APAGADO 2” 92


DE APAGADO 3” 92


DE APAGADO 4” 93

3.8.7.14.- BLOQUE DE FUNCIÓN 13

“CONDICIONANTES DE TEMPERATURA. 94

3.8.7.15.- BLOQUE DE FUNCIÓN 14 “ACTIVACIÓN

DE VÁLVULAS” 96

3.8.7.16.- BLOQUE DE FUNCIÓN 15 “CONTROL DE GAULIN” 100

3.8.7.17.- BLOQUE DE FUNCIÓN 16 “RESET” 102

CAPÍTULO 4: ESTUDIO ECONÓMICO 105

4.1.- ACTIVOS FIJOS 105

4.2.- ACTIVOS DIFERIDOS 106

4.3.- ESTIMACIÓN DE COSTOS DE PRODUCCIÓN 107



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Indice Página VII

4.4.- ANALISIS DE FACTIBILIDAD DEL PROYECTO 110

CONCLUSIONES 111

ANEXO I 112

ANEXO II 113

ANEXO III 114

ANEXO IV 115

ANEXO V 117

ANEXO VI 118

BIBLIOGRAFÍA 119



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Objetivo, justificación y alcance Página VIII

OBJETIVO

APLICAR TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN EN LA ETAPA DE

DESHIDRATACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE HUEVO ENTERO

DESHIDRATADO, GARANTIZANDO ASÍ LA EFECTIVIDAD DEL PROCESO, AL

OFRECER UN MAYOR CONTROL DEL MISMO.

JUSTIFICACIÓN

EXTENDER LA VIDA DE ANAQUEL DEL HUEVO, HA SIDO UNO DE LOS

PUNTOS MÁS APREMIANTES DE LA INDUSTRIA ALIMENTICIA, SIENDO LA

DESHIDRATACIÓN DEL HUEVO LÍQUIDO PASTEURIZADO UN EXITOSO

CAMINO A LA PRESERVACIÓN DEL MISMO. CON EL TRANSCURSO DE LOS

AÑOS SE HA PODIDO MEJORAR Y SE HAN RESUELTO PROBLEMAS QUE

INVOLUCRAN LA FUNCIONALIDAD QUÍMICA Y PROPIEDADES

MICROBIOLÓGICAS DE LOS DIVERSOS PRODUCTOS DE HUEVO SECO, NO

OBSTANTE, LA PROBLEMÁTICA ACTUAL SE DEBE EN GRAN PARTE, A LA

OPERACIÓN MANUAL DE LOS EQUIPOS ENCARGADOS DE DICHO

PROCESO, TENIENDO COMO CONSECUENCIA UNA SIGNIFICATIVA

VARIACIÓN EN LA CALIDAD DEL PRODUCTO TERMINADO Y AL MISMO

TIEMPO UNA IMPORTANTE PÉRDIDA CONSTITUIDA POR MERMAS.

ALCANCE

EL PRESENTE DESARROLLO PRETENDE DAR UNA PROPUESTA DE

AUTOMATIZACIÓN, QUE GARANTICE LA EFECTIVIDAD DEL PROCESO DE

DESHIDRATACIÓN, AL OFRECER UN MAYOR CONTROL DEL MISMO.


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Introducción Página IX

Introducción

Desde tiempos remotos, una de las prioridades del hombre ha sido la satisfacción

de sus necesidades alimenticias, generando para ello diversas actividades que

tuvieran como propósito general, la recolección y almacenamiento de alimentos,

tanto de carácter vegetal como animal. Sin embargo, los alimentos son

perecederos y su descomposición puede verse favorecida por diferentes factores,

entre los cuales se encuentra la acción de mohos, levaduras, bacterias y enzimas.

Asimismo, cuando se exponen al aire libre y a temperaturas elevadas se acelera

su proceso de descomposición, cambian de color, aspecto, olor y sabor, lo cual

puede resultar perjudicial para la salud. A esto se debe que el hombre se haya

preocupado por mantener los alimentos en buen estado, preservarlos y poder

disponer de ellos en cualquier temporada del año, sobre todo en épocas de

carestía.

Con el transcurso del tiempo se han logrado desarrollar diferentes técnicas de

conservación. El secar carne, el orearla o ahumarla, y el salarla fueron desde hace

muchos millares de años los métodos de preservación de aquellas épocas,

ayudándoles a que en sus largas travesías contaran con reservas de alimentos

preservados de esta forma. Fue también la solución para que cazadores y sus

familias, en días afortunados de caza, pudieran preservar los sobrantes para

épocas de escasez.

Siendo el deshidratado uno de los más antiguos métodos para preservar los

alimentos, ha podido ser perfeccionado con el transcurso de los años, hasta el

punto en que hoy en día se tiene considerado, como el principal método de

conservación de alimentos.



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TESIS: APLICACIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN EN EL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN DE ALIMENTOS DE LA

INDUSTRIA AVÍCOLA

Capítulo I: Generalidades Página 1

CAPITULO I.- GENERALIDADES

1.1.- El método de la deshidratación.

El exceso de humedad contenida en los materiales puede eliminarse por métodos mecánicos (sedimentación, filtración, centrifugación). Sin embargo, la eliminación más completa de la humedad se obtiene por evaporación y eliminación de los vapores formados, es decir, mediante el secado térmico, siendo este último el empleado para tal proceso.

Este método consiste en eliminar la mayor cantidad posible de agua del alimento seleccionado bajo condiciones controladas de temperatura, humedad, velocidad y circulación del aire, con lo que se obtiene un producto pequeño, liviano, de buen sabor y olor, resistente, de fácil transportación y con menor riesgo de crecimiento y desarrollo microbiano.

Además de obtener una evidente superioridad del producto concerniente a su preservación, se adquieren de manera añadida algunas otras ventajas, como pueden ser el mínimo espacio para transportarlos y almacenarlos, reduciendo así los costos derivados de estos.

En la deshidratación de alimentos se utilizan productos de buena calidad que se encuentran en condiciones óptimas de madurez e higiene; algunos, como las frutas, las verduras y las carnes, se rebanan para lograr un mejor desecado.

Se empaca o envasa de inmediato para protegerlo de la contaminación microbiana, humedad e insectos; algunos alimentos se someten a un proceso de pasteurización para asegurar su pureza bacteriológica, alargar su vida de anaquel y tener la seguridad de que se puede consumir sin riesgo para la salud.

Para almacenarlos se requiere un ambiente fresco y seco donde no estén expuestos a los rayos solares o a la luz directa. Una vez que se haya abierto el empaque se debe utilizar todo el producto lo más pronto posible o sellarle muy bien para evitar que se contamine o se humedezca y se descomponga.

Es evidente que la eliminación de agua o en general de líquidos existentes en algunos productos es más económica por acción mecánica que por acción térmica. Por otro lado la dificultad de utilización de los medios mecánicos surge cuando los productos finales deben cumplir especificaciones rigurosas en cuanto a la humedad final. Debido a esto la mejor opción para la deshidratación del huevo ha sido empleando como principio un tratamiento térmico mediante el secado por aspersión.

En principio el material a secar es atomizado (es decir, se transforma en aerosol o niebla), dentro de una corriente de aire deshumidificado. Las partículas atomizadas caen por



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gravedad y son secadas mientras estas alcanzan el fondo, donde son recolectadas. El aire caliente, ya cargado de humedad, es expulsado de la cámara mediante un ventilador. El proceso es continuo, constantemente se introduce producto líquido por bombeo a la cámara y se le atomiza, se suministra más aire seco para reponer el aire húmedo que se va retirando y se recoge el huevo deshidratado a medida que cae al fondo del secador.

El secador debe ser suficientemente grande para permitir el secado de las partículas más grandes antes de que choquen contra las paredes o fondo de la cámara formado aglomeraciones del producto comúnmente conocido como duros.

El uso de éste proceso está limitado a productos que puedan ser aspreados, como los líquidos y purés de viscosidad baja. El aspersión de éstos en pequeñas gotas hace posible el secado en cuestión de segundos con el aire a temperaturas por arriba de los 200ºC, como resultado de la evaporación de las partículas la temperatura en el interior de la cámara rara vez sube arriba de los 80 ºC, debido a esto las partículas secas deben ser extraídas rápidamente de las zonas calientes.

La construcción de los principales componentes para el sistema del secado por aspersión puede ser muy variable de acuerdo con el producto que se vaya a manejar. Por lo común en productos líquidos el sistema incluirá tanques para contener el líquido, una bomba de alta presión para introducir el mismo a la cámara, boquillas roceadoras u otro aparato para atomizar el producto, una fuente de aire caliente con ventilador, un recipiente recolector en que acumular el alimento secado de la cámara y un medio para permitir el escape del aire cargado de humedad.

Por lo referente a la cámara de secado su principal propósito es el de facilitar eficaz mente el contacto entre el aire caliente y las gotitas finas dispersadas.

La naturaleza de la aspersión influye tanto en las características del producto secado como en la geometría del secador y la dirección del aire dentro de la cámara.

Existen dos tipos principales de aspersores, las boquillas roceadoras a presión y los discos y cestos giratorios centrífugos.

Los discos y cestos giratorios desde los cuales el alimento depositado es expulsado en forma de gotitas formando una cortina circular en contra flujo con el aire caliente, estos discos son preferidos en los casos en que el paso a través de una boquilla a presión con orificios muy pequeños podría dañar el alimento.

Para el caso del huevo líquido se utilizan boquillas a presión debido a que el flujo de aire caliente va en la misma dirección que la cortina formada por la boquilla. Durante la aspersión hay que tomar en cuenta también el ángulo de salida de la boquilla rociadora, de tal manera



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que las gotas de producto estén la mayor cantidad de tiempo en contacto con el aire caliente a fin de lograr una mayor eficacia en la evaporación.

A medida que las gotitas descienden dentro de la cámara de secado, cambian del estado líquido al estado glutinoso y luego al estado seco. Si hacen contacto con la pared del secador estando secos, no se adhieren a esta pero si su trayectoria las lleva a la pared antes de secarse, se adhieren y van formando acumulaciones del producto que son dañadas por el calor y difíciles de eliminar, además de causar una merma en la producción.

1.2.- El huevo y su importancia como alimento.

Uno de los principales alimentos que ha figurado en la manutención del ser humano, ha sido el huevo, ya que es valorado mundialmente por sus tantas características nutrimentales.

Debido a su importancia como fuente de alimento y al incremento actual del consumo del mismo, se ha favorecido la tendencia a su industrialización a gran escala.

Actualmente, el anuario estadístico de la producción pecuaria de los Estados Unidos Mexicanos, ubica el consumo del huevo con el 2.9% del gasto corriente monetario en alimentos y bebidas, consumidas dentro de los hogares, dando indicios de la importancia de este alimento para la dieta diaria de la población, ya que debido a su fácil adquisición tan solo en el año 2009 se tuvo un consumo aproximado de 2,380,308 toneladas. Por otro lado, los datos recabados por SAGARPA, indican que la producción de huevo para el año 2010 fue de 2,390,903 toneladas, suficiente para satisfacer la demanda nacional del mismo.

1.3.- La industria del Huevo

En la actualidad, la satisfacción de las necesidades de la industria alimenticia respecto a productos derivados del huevo en general, han propiciado el desarrollo de procesos que puedan garantizar la calidad e inocuidad de estos. Entre los principales se tienen, la elaboración de huevo pasteurizado y de huevo en polvo, que pueden conformar la mayor parte de la producción total de los diferentes productos derivados del huevo.

La demanda de los grandes centros de consumo, hace que la distribución de productos líquidos, precise por parte de los productores a localizar sus plantas productivas de manera estratégica, de tal forma que la entrega sea confiable y oportuna. Por otra parte, con los productos deshidratados se pueden cubrir todos los centros de consumo, tanto nacionales como internacionales. Esto último, ha sido uno de los puntos más apremiantes por parte de la industria alimenticia, ya que la deshidratación del huevo líquido pasteurizado ha demostrado ser un exitoso camino a la preservación del mismo.



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1.4.- El huevo industrializado

El huevo es un alimento con un excelente valor nutricional, como hemos mencionado anteriormente. Así como es rico en nutrientes para el ser humano, lo es también para los microorganismos, ya que éstos (más aún las bacterias) eligen medios apropiados para desarrollarse y el huevo puede ser uno de ellos.

La salmonella enteritidis (es un tipo de salmonella entre las aproximadamente 2000 que existen) es una bacteria que puede estar presente en numerosos alimentos. Esta bacteria puede ser transportada por diversos conductos como lo es el aire, en las manos y para el caso del huevo, este ya puede venir con la salmonella adentro. No obstante, en nuestro país, los productores de huevo tienen la obligación de implementar el programa de buenas prácticas de producción de huevo para plato determinado por el servicio nacional de sanidad, inocuidad y calidad agroalimentaria (SENASICA), en el cual se exige tener en sus granjas el control de un veterinario, que es el responsable de la salud de las aves, de el lugar donde se crían, etc. y por ende el resultado es un huevo con muy baja probabilidad de tener salmonella.

Por otra parte, a fin de garantizar la inocuidad del huevo, se ha hecho necesaria la producción de huevo líquido industrializado que es un producto excelente para la industria alimenticia. Éste a diferencia del huevo en cascarón, es un huevo que ha transcurrido por diferentes etapas las cuales se detallan a continuación.

1.4.1.- Producción y Recepción.

En la actualidad, la situación de la producción nacional, ha sido favorable para el país y como muestra de ello se tiene una plena autosuficiencia de este producto, no haciendo necesaria su importación. Cabe destacar que uno de los más importantes productores de huevo dentro del país ha sido Jalisco, con un porcentaje de producción anual del 49.71%, colocándolo en uno de los principales abastecedores para la industria alimenticia.

Por otra parte, dentro de la industria de manufactura del huevo, se pueden encontrar diversas etapas de proceso, siendo una de estas la recepción. Una vez adquirido el huevo y desembarcado, se debe proceder de acuerdo a lo establecido por la norma oficial mexicana NOM-159-SSA1-1996, en su sección 6.1 que hace referencia al manejo del huevo fresco, quedando de la siguiente manera:

• 6.1.1.- El huevo se debe almacenar con el polo mayor hacia arriba. • 6.1.2.- No debe emplearse, suministrarse, ni expenderse para consumo humano el huevo que presente cualquiera de las siguientes características:

o I. Haber sido lavado (a menos que cumpla con el punto 6.1.3)



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o II. Estar sucio, con cascarón manchado de sangre o excremento; o el cascarón estar fracturado; o III. Tener el disco germinal desarrollado; o IV. Estar incubado; o V. Estar contaminado, y o VI. Que la cámara de aire sea mayor de 9 mm.

• 6.1.3.- Aquel huevo que lleve un procedimiento de lavado una vez seco debe ser recubierto con aceite vegetal o mineral (parafina) grado alimentario.

o 6.1.3.1 El procedimiento de cobertura debe ser efectivo y mantener la inocuidad del producto. o 6.1.3.2 El huevo debe lavarse de acuerdo a lo establecido en el punto 6.2.3, antes de utilizarse como materia prima en la elaboración de productos alimenticios.

• 6.1.4 No se deben reutilizar los envases primarios y secundarios que se usan para transportar, almacenar o distribuir el huevo fresco, a menos que se sometan a procesos de limpieza y desinfección, tal como se establece en la NOM-120-SSA1-1994. Bienes y servicios. Prácticas de higiene y sanidad para el proceso de alimentos, bebidas no alcohólicas y alcohólicas. • 6.1.5 Una vez que expire la fecha de caducidad para el huevo fresco y huevo refrigerado, estos productos deben destinarse para uso industrial, siempre y cuando sean sometidos a tratamiento térmico que asegure la inocuidad del producto terminado o en su defecto destruirse. • 6.1.6 Al huevo clasificado y definido como "fresco", mismo que deberá tener como máximo 15 días después de la postura, no le aplica el punto 10.6.4.4 de la NOM-120-SSA1-1994, Bienes y servicios. Prácticas de higiene y sanidad para el proceso de alimentos, bebidas no alcohólicas y alcohólicas.

1.4.2.- Lavado y sanitizado.

Otra parte importante dentro de la producción de huevo industrializado, es el lavado y sanitizado del huevo, con intensión de minimizar los riesgos de contaminación del producto en etapas posteriores en las que haya contacto directo del huevo líquido con el exterior del cascarón.

En esta etapa, así como en la anterior, se debe proceder de acuerdo a lo establecido por la norma oficial mexicana NOM-159-SSA1-1996, en su sección 6.2 que hace referencia a las disposiciones generales para los productos procesados, quedando de la siguiente manera:

• 6.2.1 El agua empleada para el proceso de los productos debe ser potable. • 6.2.2 A menos que el huevo se encuentre limpio, debe lavarse antes de la ruptura del cascarón. • 6.2.3 Lavado.

o 6.2.3.1 El lavado del huevo debe hacerse con agua potable y detergente.



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o 6.2.3.2 El agua de lavado debe cambiarse por lo menos cada 4 h y tener una temperatura de 11ºC más alta que la del huevo.

Conjuntamente a lo anterior, se pueden emplear diferentes técnicas de limpieza, una de ellas puede ser la utilización de agentes sanitizantes de grado alimenticio que reduzcan sustancialmente el contenido de microorganismos patógenos. Simultáneamente, se pueden utilizar técnicas de esterilización por medio de vapor para asegurar así la destrucción y eliminación de todos los microorganismos, tanto patógenos como no patógenos.

1.4.3.- Quebrado y separado.

Una vez lavado y sanitizado, se procede a la etapa de quebrado y separación de huevo. Esta etapa, consta principalmente de quebrar el cascarón del huevo, permitiendo lograr una adecuada separación de la clara, la yema y el cascaron. La táctica optada para tal fin, ha sido la utilización de maquinaria especializada que permita un sagaz aumento en el número de huevos procesados.

Industrias como Diamond sistem entre otros, son fabricantes de esta maquinaria comúnmente denominada como quebradoras de huevo y que a su vez están clasificadas principalmente por su capacidad de quebrar y separar desde 18.000 hasta 144,000 huevos por hora.

Al igual que en todas las etapas del proceso, debe acatarse lo dispuesto en las diferentes secciones de la norma oficial mexicana NOM-159-SSA1-1996, que hace alusión a las disposiciones generales para los productos procesados, sin olvidar que para la ejecución de esta fase, se hace necesario cumplir con todas y cada una de las disposiciones señaladas con anterioridad. Algunas de las instrucciones que también aplican al respecto son:

• 6.2.4 Los tanques y recipientes donde se recibe el huevo o yema y clara por separado, deben estar perfectamente limpios y desinfectados, antes y después de cada lote recibido. • 6.2.5 Los recipientes y tanques deben mantenerse tapados durante todo el proceso.

FIG. 1.4.2.1

FIG. 1.4.3.1



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1.4.4.- Filtrado y homogeneizado.

Posterior a la etapa de quebrado y separado, es necesario llevar a cabo un procedimiento de filtrado, con el que se asegure al 100% la pureza del producto. Es esencial la separación de residuos de cascarón que pudieran haber sido mezclados con el huevo líquido, ya que como consecuencia de estos, se puede ver afectada la calidad del producto.

Uno de los métodos comúnmente empleados, es la utilización de filtros especialmente diseñados para productos alimenticios líquidos, que favorezca no solo la eliminación de impurezas, sino que además permita un funcionamiento sin interrupciones ni perdida de producto. Como beneficio adicional, se puede tener una predisposición de compatibilidad con la limpieza CIP (limpieza en lugar), y ya que este sistema es de frecuente manejo en todas las industrias dedicadas a la pasteurización, se obtendría como resultado un filtro con auto-limpieza.

Consecutivo al filtrado, es preciso utilizar procedimientos de homogeneización, con el fin de asegurar la uniformidad y consistencia del producto. Para ello, se hacen necesarios tanques de almacenamiento, que mediante un mecanismo de aspas mantenga en constante movimiento el producto, además de mantener una temperatura no mayor a 4˚C. Estos tanques deben de cumplir con las siguientes secciones de la norma oficial mexicana NOM-159-SSA1-1996:

• 6.2.4 Los tanques y recipientes donde se recibe el huevo o yema y clara por separado, deben estar perfectamente limpios y desinfectados, antes y después de cada lote recibido. • 6.2.5 Los recipientes y tanques deben mantenerse tapados durante todo el proceso. • 6.2.7 Si el producto se guarda antes de la pasteurización, el almacenamiento debe hacerse en tanques aislados, enchaquetados con agitación constante y a una temperatura no mayor de 4°C, durante un periodo que no exceda de 48 h.

1.4.5.- Pasteurizado.

Aquí radica la importancia del huevo industrializado, ya que en esta etapa, es donde todos los productos son sometidos a un estricto tratamiento térmico que garantiza la inocuidad de los mismos, sin perdidas en su funcionalidad.

Este tratamiento térmico, se lleva a cabo mediante un pasteurizador que en principio recibe el

FIG. 1.4.4.1

FIG. 1.4.5.1



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producto procedente de los tanques de homogeneización en un tanque de balance propio del equipo, de ahí lo bombea a un intercambiador de calor, comúnmente de placas, donde se calienta por medio de vapor proveniente de una caldera, hasta una temperatura que puede variar desde 55˚C hasta 70˚C dependiendo del producto a pasteurizar y del tiempo de pasteurización que puede variar desde 2 hasta 20 minutos. Este tiempo se logra mediante un tubo retenedor con el propósito de asegurar su correcta pasteurización.

En el caso que el intercambiador tenga una etapa de recuperación, el producto pasteurizado intercambia energía con el producto a pasteurizar necesitando menos energía tanto para enfriar el producto pasteurizado como para calentar el producto a pasteurizar.

Finalmente, el producto pasa por una etapa de enfriamiento para bajar la temperatura del producto hasta 4ºC por medio de un sistema de agua helada. De esta manera se logra producir un choque térmico que destruye los microorganismos que pudieran haber sobrevivido a la etapa de calentamiento. Esta etapa del proceso, debe regirse mediante las siguientes secciones de la norma oficial mexicana NOM-159-SSA1-1996:

• 6.2.8 El tratamiento de pasteurización para el huevo líquido debe llevarse a cabo a 64.5°C durante 2.5 min o por alguna otra relación de tiempo-temperatura que sea equivalente para la destrucción de los microorganismos patógenos. • 6.2.9 El tratamiento de pasteurización de la clara líquida debe llevarse a cabo a 55°C durante 20 min o por alguna otra relación de tiempo-temperatura que sea equivalente para la destrucción de los microorganismos patógenos. • 6.2.10 El tratamiento de pasteurización de la yema líquida debe llevarse a cabo a 64°C durante 6 min o por alguna otra relación de tiempo-temperatura que sea equivalente para la destrucción de los microorganismos patógenos.

Debido a los requerimientos de los diferentes centros de consumo, se pueden encontrar en la actualidad diferentes productos de huevo en estado líquido, como lo son: huevo entero pasteurizado, clara líquida pasteurizada, yema líquida pasteurizada, así como productos a los que se les han adicionado diferentes ingredientes con la finalidad de propiciar en ellos mejoras en sus propiedades funcionales, para su utilización en una aplicación especifica normalmente definida por el consumidor.

Para esto, es necesario tener una estandarización en la producción de los diferentes productos derivados de huevo líquido pasteurizado, ya que estos deben satisfacer los requisitos mínimos para asegurar su inocuidad sin perder con ello sus propiedades. Siendo necesario acatar lo dispuesto en la norma oficial mexicana NOM-159-SSA1-1996, de bienes y servicios, encargada del establecimiento de las disposiciones y especificaciones sanitarias que deben cumplir el huevo, sus productos y derivados.



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Para el caso del huevo líquido, ya sea refrigerado o congelado, se tienen las siguientes especificaciones:

Tabla 1.4.5.1.- Especificaciones físicas y químicas para el huevo líquido ESPECIFICACIÓN / LIMITE MÁXIMO

Productos y derivados Humedad Materia extraña - amilasa * pH Huevo líquido refrigerado o congelado

- - - - Exento Negativo * - - - -

Huevo, yema y clara congelados


Huevo, yema y clara pasteurizados y envasados asépticamente


* A excepción de aquellos procedimientos de pasteurización que utilicen agentes sensibilizadores (peróxido de hidrógeno) o que por su combinación de tiempo y temperatura no inactive la -amilasa, pero cumpla con las especificaciones microbiológicas.

Tabla 1.4.5.2.- Especificaciones microbiológicas. ESPECIFICACIÓN / LIMITE MÁXIMO

Productos y derivados

Mesofílicos aerobios UFC/g

Salmonella en 25 g

Coliformes totales UFC/g

Staphylococcus aureus UFC/g

Huevo líquido refrigerado o congelado

15,000 Ausencia 10 < 100

Huevo, yema y clara congelados

15,000 Ausencia 10 < 100

Huevo, yema y clara pasteurizados y envasados asépticamente

1, 000 Ausencia 10 < 100

1.4.6.- Mezclado.

El huevo y sus componentes son enriquecidos con ingredientes aprobados que mejoran las propiedades de los diferentes productos terminados, según los requerimientos específicos



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de cada cliente y sujetos a lo establecido tanto en la sección 7.3 de la norma oficial mexicana NOM-159-SSA1-1996 como en la norma NOM-086-SSA1-1994, de Bienes y Servicios, concerniente a alimentos y bebidas no alcohólicas con modificaciones en su composición, haciendo hincapié en las especificaciones nutrimentales con que deben cumplir.

Los aditivos para alimentos permitidos para los productos y derivados del huevo la según la sección 7.3 de la NOM-159-SSA1-1996 son:

Tabla 1.4.6.1.- Aditivos permitidos para los productos y derivados del huevo

Aditivo Límite máximo Reguladores del pH

Acido acético y su sal de sodio BPF Acido cítrico y sus sales de sodio o potasio BPF Acido láctico y sus sales de sodio o calcio BPF Acido tartárico y sus sales de sodio o potasio BPF

Conservadores

Acido benzoico y sus sales de sodio, potasio o calcio

0,1% sólo en yema y huevo líquido

Antiaglomerantes

Silicoaluminato de sodio * 2% Bióxido de silicio * 1%

Estabilizantes

Fosfato monopotásico 0,5% en peso de los productos congelados Fosfato monosódico 0,5% en peso de los productos congelados

FIG. 1.4.6.1



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Espesantes

Agar-agar BPF Carragenatos BPF Goma guar BPF

Emulsificantes

Lecitina BPF Mono y diglicéridos de los ácidos grasos no polimerizados de cadena lineal, saturados e insaturados, presentes en aceites y grasas alimenticias

1000 mg/kg

Mono y diglicéridos de los ácidos grasos antes citados, esterificados con los ácidos acético, acetiltartárico, cítrico, láctico y tartárico

1000 mg/kg

Esteres de ácidos grasos con poliglicerol 3000 mg/kg Estearil-2-lactilato de sodio o calcio 500 mg/kg para clara líquida y congelada,

5000 mg/kg para clara en polvo Enzimas

Derivadas de las fuentes establecidas en el Reglamento:

Glucosa oxidasa BPF Catalasa BPF

Colorantes naturales

Xantófilas BPF Carotenos BPF

Aditivos para la pasteurización BPF Peróxido de hidrógeno BPF

Recubrimiento para huevo con cascarón

Aceite vegetal o mineral (parafina) grado alimentario

0,1%

* Aplicable sólo a los deshidratados.



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1.4.7.- Almacenado y envasado (líquido).

Una vez se hayan producido los diferentes productos derivados del huevo, y cumpliendo estos con las especificaciones sanitarias necesarias, se hace imprescindible contar con depósitos de almacenamiento que mantengan en condiciones de refrigeración el producto, evitando así, la proliferación de microorganismos patógenos que mermen la inocuidad del mismo.

Lograda la inocuidad del lote en cuestión o después de que se haya determinado que no existe ningún riesgo potencial para la salud pública, se puede permitir su distribución normal. Habitualmente los productos líquidos se distribuyen en pipas, ya que la mayoría de los interesados en el huevo industrializado son precisamente empresas del ramo alimenticio con alta demanda de este. Sin embargo, también existen diferentes presentaciones diseñadas para los pequeños consumidores, que pueden ser contenedores desde 20 litros hasta 1 tonelada.

1.4.8.- Huevo deshidratado

Como ya se ha visto con anterioridad, el contar con un producto de excelente calidad e inocuidad, ha sido primordial para la satisfacción de las necesidades que actualmente tiene la industria alimenticia, no obstante, el aumento en la demanda de productos que además de cumplir con estas características, ofrezcan un mayor tiempo de vida útil, ha favorecido el empleo de procesos de deshidratación, no siendo el huevo la excepción.

La posibilidad de poder extender el periodo de vida del huevo en almacén, incrementa extraordinariamente el potencial de uso de éste, además de poseer otras ventajas como son, la disminución en costos de almacenamiento comparado con el almacenamiento refrigerado, la posibilidad de requerir de menor espacio que el huevo líquido, la disminución de los costos de transporte comparado con el huevo congelado o líquido, el fácil manejo higiénico y sanitario, la oportunidad de permitir un control preciso de la cantidad de agua utilizada en la formulación, además de facilitar el desarrollo de nuevos productos.

En forma paralela, después de las etapas de mezclado y almacenaje, una parte de los diversos productos líquidos son sometidos a un proceso de deshidratado, en el que por medio de la vaporización, se extrae la humedad contenida en este.

FIG. 1.4.8.1



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El equipo utilizado para la deshidratación del huevo, en primera instancia, realiza un precalentamiento de la cámara de secado mediante aire proveniente de un quemador que eleva la temperatura de este hasta aproximadamente 300˚C. Una vez se ha alcanzado la temperatura idónea de las paredes de la cámara, se procede a inyectar huevo líquido a alta presión gracias a un homogeneizador, que a su vez funciona como una bomba de desplazamiento positivo, el huevo líquido a presión es aspreado por una serie de boquillas, con el fin de dispersarlo dentro de la cámara de secado en forma de pequeñas gotas que favorezcan la vaporización de la humedad al entrar en contacto con el aire caliente. Las partículas de huevo, resultado de la deshidratación, caen al fondo de la cámara de secado, donde, por medio de un sistema de rastras son extraídas del interior en forma constante, a fin de evitar una deshidratación excesiva del producto.

El huevo deshidratado, debe cumplir con la normas fitosanitarias establecidas en norma oficial mexicana NOM-159-SSA1-1996, de bienes y servicios, encargada del establecimiento de las disposiciones y especificaciones sanitarias que deben cumplir el huevo, sus productos y derivados.

Para el caso del huevo deshidratado, se tienen las siguientes especificaciones:

Tabla 1.4.8.1.- Especificaciones físicas y químicas del huevo deshidratado.

ESPECIFICACIÓN / LIMITE MÁXIMO


Humedad Materia extraña - amilasa * pH

Huevo, yema y clara deshidratados

8 % Exento Negativo *

* A excepción de aquellos procedimientos de pasteurización que utilicen agentes sensibilizadores (peróxido de hidrógeno) o que por su combinación de tiempo y temperatura no inactive la -amilasa, pero cumpla con las especificaciones microbiológicas.



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Tabla 1.4.8.2- Especificaciones microbiológicas para el huevo deshidratado.

ESPECIFICACIÓN / LIMITE MÁXIMO


Mesofílicos aerobios UFC/g

Salmonella en 25 g

Coliformes totales UFC/g

Staphylococcus aureus UFC/g

Huevo, yema y clara deshidratados

25,000 Ausencia 10 < 100

1.4.9.- Envasado y Almacenado (polvo).

Por último, se tiene la etapa de envasado del huevo en polvo. Es muy común que se utilicen bolsas de papel Kraft para esta etapa, debido a su excelente compatibilidad con productos alimenticios. La presentación habitual es de sacos de 50 kg y su almacenamiento se puede hacer en racks, que permitan su correcta administración dentro del almacén. La distribución al cliente se efectúa en camiones de diversas capacidades de acuerdo a los requerimientos del mismo. El envasado de este producto, debe ser efectuado conforme a lo establecido en la NOM-159-SSA1-1996 y la NOM-051-SCFI-1994, sujetándose a lo siguiente:

• 12.1 Los productos objeto de esta Norma se deben envasar en recipientes elaborados con materiales inocuos y resistentes a distintas etapas del proceso, de tal manera que no reaccionen con el producto o alteren las características físicas, químicas y organolépticas. • 12.2 Se debe usar material resistente que ofrezca la protección adecuada a los envases para impedir su deterioro exterior, a la vez que faciliten su manipulación, almacenamiento y distribución.

Con respecto al etiquetado, deben de considerarse los siguientes puntos:

• 11.1 Declaración de ingredientes • 11.1.1 Los aditivos empleados deben reportarse con la denominación específica. • 11.2 La denominación deberá incluir el tratamiento al que fue sometido.

FIG. 1.4.9.1



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• 11.3 Identificación del lote. Cuando se identifique con el formato de fecha, debe anteponerse la palabra "Lote". • 11.4 Señalar la fecha de caducidad, a excepción de aquellos que son congelados o deshidratados. • 11.5 Si la identificación del lote corresponde a la fecha de caducidad, se deben anteponer las leyendas "Lote" y "Fecha de caducidad". • 11.6 Leyendas de conservación • 11.6.3 Deshidratados "CONSÉRVESE EN LUGAR FRESCO, SECO Y ALEJADO DE LA LUZ".



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Capítulo II: Problemática existente Página 16

Capitulo 2.- PROBLEMÁTICA EXISTENTE.

Como ya se ha visto con anterioridad, el secado de algunos productos puede ser llevado a cabo utilizando medios mecánicos ó térmicos. Para el caso del segundo método se presentan muy variados fenómenos en cuanto al comportamiento del producto durante su secado. Siendo la velocidad a la cual se efectúa el secado, la principal referencia ya que en esta se encuentra sustancialmente la eficiencia del equipo.

Durante el proceso de secado, se pueden variar diversos factores de forma intencional o involuntaria, de tal modo que se afecta directamente la velocidad de secado del huevo líquido y consecuentemente la calidad del producto terminado.

A continuación se detallan los diferentes equipos con que cuenta el deshidratador de huevo así como su operación, importancia y deficiencias dentro del proceso, a fin de definir la estrategia a seguir para su correcto funcionamiento tanto de forma individual como vinculados con el resto del proceso.

2.1.- Sistema de alimentación de aire al proceso

En esta etapa del proceso se realiza la succión de aire que tendrá como finalidad la extracción de humedad del huevo. Para lograrlo se utiliza una turbina así como una serie de filtros localizados antes de su ingreso a la cámara de combustión, con el propósito de disminuir algunos contaminantes que pudieran afectar la calidad del producto, ya que para el proceso es necesario el contacto directo entre el huevo líquido y la corriente de aire.

En el filtrado del aire se utilizan principalmente dos tipos de filtros, los filtros primarios, tienen como meta eliminar de la corriente de aire las partículas de polvo u otras impurezas que sean de mayor tamaño, Los filtros secundarios tienen la finalidad de realizar en la corriente de aire una purificación de hasta un 99%, siendo estos los más importantes y a su vez de mayor tamaño.

La localización de los filtros se encuentra en la parte superior del equipo de secado al igual que la cámara de combustión, para la succión se cuenta con 12 ranuras o espacios para albergar 24 filtros. La disposición de los filtros se puede observar en la figura 2.1.1.



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FIG. 2.1.1

FIG. 2.1.2

Por otro lado para la succión del aire ambiente hacia el interior de la cámara, se cuenta con un ventilador tipo turbina que, de a cuerdo a datos de tablas tiene las características siguientes:

• Ventilador centrifugo de paletas curvas hacia atrás • Tamaño 270-70 • Diámetro de la rueda de impulsión de 36” • Motor 20 Hp • Velocidad.1700rpm • Volumen máximo a manejar: 34,000 m3/h



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En la figura 2.1.2, se puede apreciar tanto el ventilador del aire primario como el sistema de potencia del mismo, formado principalmente por el motor eléctrico y su transmisión por medio de bandas.

La alimentación de aire al proceso es de crucial importancia, ya que este es el medio a través del cual se extrae la humedad retirada del huevo. En principio, la humedad contenida en el aire, perturba directamente su capacidad de sorción, teniendo que para humedades altas, la velocidad de secado disminuye notablemente, forzando esto a disminuir el flujo de aire que se inyecta al secador, o en su defecto al flujo de huevo líquido. Lo anterior se aplica a la inversa para casos en que la humedad relativa del aire sea menor.

Otro punto importante a considerar, es la variación en el flujo del aire primario, ya que de la misma forma, afecta la velocidad de secado al tener un mayor o menor flujo. Factores como la obstrucción de los filtros por falta de mantenimiento o el manejo inadecuado por parte de los operarios, del regulador de flujo con que cuenta la turbina son unas de las causas de mayor repercusión para un control óptimo del proceso.

2.2.- Sistema de calentamiento del aire primario

Como ya se menciono anteriormente, el proceso de deshidratación se basa en la extracción de la humedad, utilizando para ello aire caliente que propicie la evaporización.

La elevación de la temperatura del aire se logra mediante una cámara de combustión que a su vez esta acoplada por una parte a la turbina de succión del aire primario y por otra a un ducto de forma cuadrangular como se muestra en la figura 2.2.1.

FIG. 2..2.1



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En el interior del ducto de aire se cuenta con diferentes toberas, la primera se encuentra justamente en la curva que se tiene en la esquina del secador a fin de reducir al mínimo la turbulencia que se podría generar en esta zona. En la zona posterior a la curva se encuentran dos compuertas para la entrada de aire a la cámara de secado, cada una cuenta con su respectiva tobera con la finalidad de redirigir el aire y de distribuirlo en las dos secciones en forma equitativa.

En esta fase del proceso, el principal propósito a realizar, es elevar la temperatura del aire previamente filtrado, desde los 27ºC a los que se encuentra normalmente, hasta un set point de 300ºC, temperatura necesaria para el proceso, para ello se cuenta con un quemador de tipo directo incorporado al ducto del aire primario, su superficie de flama es de 3,645 cm2 y el combustible que utiliza es gas natural.

Este equipo, cuenta con una serie de elementos para asegurar tanto la seguridad como su buen funcionamiento, entre estos podemos encontrar:

• Medidor de flujo para el consumo de gas (m3) o Marca Dresser o Capacidad: 85 m3/hr máximo o Presión de operación: 175 PSIg

• Regulador de gas o Marca: Fisher controls o Rango de operación: 1-2 PSIg o Presión máxima de entrada: 100 PSIg o Presión máxima de salida: 5 PSIg

• Swich de presión de gas (reducción de presión para piloto) o Marca: Honeywell o Escala: Kilo pascales

• Motor modulador o Voltaje de operación: 120 v o Frecuencia: 60 Hz o Tiempo de apertura. 30 segundos o Tiempo de cierre: 90 sec

• Varilla sensora para detectar la presencia de fuego

• Manómetros (presión de gas) • Transformadores de ignición • Bujía de encendido • Panel de control y fuerza (para operación remota)

FIG. 2.2.2



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Algunos de los elementos antes mencionados, podemos observarlos en la figura 2.2.2.

Como se puede apreciar, debido a cuestiones de seguridad se ha prestado especial atención en el funcionamiento de este sistema, teniendo como resultado un equipo que es auto regulable de acuerdo a parámetros previamente definidos. Cabe mencionar que al ser un sistema autosuficiente deja fuera la posibilidad de tener errores por parte de los operarios y por tal motivo no se le considerara dentro de los equipos con margen de error en su operación.

2.3.- Sistema de alimentación de huevo líquido.

El equipo de secado en el cual se basa este estudio es de tipo horizontal, y debido a esto es conveniente que la alimentación del producto a secar sea en forma de pequeñas gotas que a su vez tengan la misma dirección del flujo de aire.

Para poder realizar este tipo de alimentación es necesario utilizar una serie de espreas, mismas que requerirán de un equipo que les provea el producto a determinadas presiones a fin de optimizar el proceso.

Se cuenta con un homogeneizador marca Gaulin, que garantiza la uniformidad del producto a deshidratar, al aplicar determinada presión sobre este. Al mismo tiempo, funciona como bomba de desplazamiento positivo, que provee la presión necesaria para el aspreado del huevo dentro de la cámara. El rango de operación puede oscilar entre los 2000 y 3000 PSI.

En la figura 2.3.1 se pueden observar dos vistas del homogeneizador Gaulin, mostrando en ellas sus componentes principales como son:

FIG. 2.3.1



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Motor eléctrico de jaula de ardilla trifásico de 25 HP que trabaja a una tensión 220V, transmisión de potencia por medio de bandas que permite una velocidad de operación máxima de 1775 RPM, un manómetro para observar la presión de operación de la misma y por último la carcasa que alberga el mecanismo de 3 pistones cuyo principal propósito es el de homogeneizar el huevo líquido, así como de proveer la suficiente presión para la realización del aspreado.

En la figura 2.3.2 se muestra un contenedor en el cual se almacena huevo líquido para su posterior proceso de secado, también se cuenta con una tina de balance, de la cual se hace la succión por medio de la bomba positiva para la alimentación a la cámara de secado.

La disposición del contenedor se ha hecho en serie con la tina de balance con el propósito de asegurar que la alimentación de huevo líquido al secador sea constante y evitar paros del equipo por falta de producto. La tina de balance permite que se haga un cambio de contenedor en cuanto el producto en este se termina.

El homogeneizador cuenta además con un variador de velocidad que se puede monitorear y controlar desde el panel principal del equipo de secado.

El objetivo principal de contar con un variador de velocidad es el de brindar un mayor control a la cantidad de flujo que se suministra al secador, ya que por requerimientos de producción, el huevo en polvo debe cumplir con una determinada cantidad de humedad. La relación existente entre la humedad del huevo en polvo y la velocidad del homogeneizador se debe a la cantidad de masa de agua que es capaz de evaporar el equipo de secado, de aquí se puede deducir que entre mayor sea el flujo de huevo líquido al interior de la cámara de secado, la humedad contenida en el huevo en polvo a la salida será mayor, teniendo de lo contrario una menor humedad con un menor flujo de huevo líquido.

FIG. 2.3.2



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En la práctica, los operadores del equipo de secado, oscilan la velocidad del homogeneizador dependiendo de la humedad contenida en pequeñas muestras de huevo en polvo tomadas a la salida del producto, utilizando para ello los conocimientos empíricos que les ha brindado su experiencia.

Una de las principales razones por la que los operadores del equipo de secado oscilen la velocidad del homogeneizador, se debe a que durante el arranque del equipo de deshidratación, el contenido de humedad en el producto no se puede predeterminar, y es por ello que se apoyan de los resultados obtenidos en el análisis de las muestras antes mencionadas. Dependiendo del valor que estas contengan el operador toma la decisión de elevar la velocidad del homogeneizador si es que la humedad está por debajo de lo requerido, de lo contrario opta por reducir la velocidad. Esta oscilación en la

velocidad puede durar desde 30 o hasta 90 minutos y termina cuando se ha alcanzado un equilibrio entre la relación de humedad del producto y la velocidad del homogeneizador. Cabe notar que el tiempo en el cual se alcanza dicho equilibrio esta dependiente de la habilidad con que cuente el operador del equipo.

Cabe recordar, que el mecanismo de secado de este equipo, es el de la evaporización de la humedad por medio de aspreado del producto, y debido a esto habrá que considerar como primordial, al equipo por medio del cual se atomizara el huevo líquido.

Debido a que la velocidad de secado depende directamente del tamaño de las gotas, producto del aspreado, es de vital importancia la selección de las espreas a utilizar para la atomización del huevo líquido, ya que para una mayor velocidad de secado lo conveniente sería tener un tamaño de gota lo más pequeño posible, sin olvidar la inconveniente elevación en la presión a la que el homogeneizador tendría que operar. Por otro lado, se tiene la limitante de que el flujo de aire encargado de la extracción de la humedad, puede en algún momento quedar saturado ó con una humedad cercana al 100% haciendo necesario un mayor flujo del mismo. Sin embargo, la velocidad dentro de la cámara de secado no puede superar cierto límite, ya que podría arrastrar el producto deshidratado hacia la salida del aire exhausto.

FIG. 2.3.3.-HOMOGENEIZADOR MANTON GAULIN MODELO M-6



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Para el equipo de secado se cuenta actualmente con 10 boquillas de alimentación, repartidas en dos grupos de 5 cada uno, estas a su vez tienen una válvula de aguja de ½” para poder realizar inspecciones si presentaran algún problema.

En la fig. 2.3.4 se muestra el tipo de esprea utilizado en el secador, así como las diversas partes de las cuales está conformada.

Según datos de tablas obtenidas por el fabricante podemos saber que la capacidad de estas espreas es de 31.8 y 39 galones por hora operando a 2000 PSI y 3000 PSI de presión respectivamente, utilizando como fluido base agua.

La disposición de las espreas dentro del secador tiene un ángulo de 75ºC generando así un mayor tiempo de contacto entre las gotas de huevo líquido y el aire caliente.

De las 10 espreas con que se cuenta en el secador de huevo, solo se utilizan de 6 a 7. La selección del número de espreas a utilizar, se basa principalmente en la forma del abanico generada por estas, ya que es necesario tener un buen aspreado dentro de la cámara.

Para poder manipular el aspreado, se puede proceder a realizar tres acciones.

1. Variar la velocidad del homogeneizador 2. Controlar el flujo de cada esprea mediante su válvula de aguja 3. Quitar o poner en operación una esprea.

Al realizar cualquiera de estas acciones se está modificando la presión de trabajo de las espreas, tratando de generar las condiciones ideales de operación de las mismas.

FIG. 2.3.4



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2.4.- Cámara de secado

Todo el proceso de deshidratación del huevo, se lleva a cabo dentro de la cámara de secado, en esta sucede la transferencia de masa y energía del aire caliente y del huevo líquido. La cámara de secado es un cubo de 7 metros de alto por 7 metros de fondo y 6 metros de frente, su interior está construido con lamina de acero inoxidable debido al contacto directo que se tiene con el alimento, por otro lado su exterior está cubierto con lamina calibre 18, también cuenta con un aislamiento térmico en el exterior a fin de evitar pérdidas de calor a través de las paredes, el aislamiento con que se cuenta es lana de roca con un espesor de 2 pulgadas.

Al frente de la cámara de secado se cuenta con una cámara de 6 metros de largo por 70 centímetros de alto circulando a través de este el aire primario proveniente del quemador, por la parte inferior de este se alojan también las 10 espreas para la atomización del producto teniendo estas a su vez un sistema de enfriamiento por agua, a fin de evitar que debido al calor contenido en el aire, el huevo líquido que circula por ellas se calcine generando ya sea puntos negros (cenizas) en el polvo o la obturación de las mismas.

Se tiene también dentro de la misma cámara un sistema contra incendios basado principalmente en una tubería que inyecta vapor de agua a alta presión.

En la fig. 2.4.1 se muestran las diferentes tuberías que entran a la cámara del secador, teniendo entre ellas la de huevo líquido, agua y vapor.

En el interior de la cámara se tiene una división entre la zona de la deshidratación y la zona de extracción del aire de proceso, esta división está conformada por una pared vertical que

FIG. 2.4.1



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comienza desde la parte superior de la cámara y termina aproximadamente a un metro antes de llegar al suelo de esta, formando una especie de cortina.

La división dentro de la cámara tiene como objetivo evitar que el huevo en polvo sea arrastrado por la corriente de aire hasta la zona de extracción de esta. Sin embargo debido a que este sistema no es capaz de detener por completo el paso del polvo ya que solo se ha diseñado para reducir el paso de este, se cuenta también con un sistema de filtrado que consta de de un total de 312 filtros en forma de bolsas comúnmente llamados “Mangas”.

Estos filtros tienen un largo de 3 metros por 17 centímetros de diámetro teniendo una forma similar a un tubo. El material del que están construidos dichos filtros es de tela reforzada y la sujeción dentro de la cámara se hace mediante abrazaderas tipo cremallera.

Para realizar la limpieza y cambio de estos filtros se cuenta con una serie de puertas localizadas en la parte posterior del secador como se puede observar en la siguiente imagen.

Como se puede observar en la fig. 2.4.2, se cuenta con cuatro puertas que dan acceso a los filtros o “mangas” para el huevo en polvo, esto es debido a que dentro de la cámara la extracción del aire se realiza en cuatro secciones y cada sección a su vez cuenta con un grupo de 48 filtros. Debido a que el objetivo principal de estos filtros es el de evitar que el polvo salga de la cámara de secado, la acumulación de este alrededor de ellos sería tal que a la larga llegaría a taparlos por completo, para evitar esto se cuenta con un sistema de vibración sónico, activados de manera neumática.

FIG. 2.4.2



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Los vibradores sónicos se encuentran incorporados en la parte superior de la cámara de filtrado del secador a fin de provocar un mayor impacto en las mangas.

La disposición de los cuatro vibradores se puede observar en la fig. 2.4.3, así como su sistema de activación (tubería de aire comprimido, electroválvulas, filtros de aire).

FIG. 2.4.3 Sacudidores sónicos



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Se cuenta además con un quinto vibrador sónico incorporado en la parte superior de la cámara de secado con el propósito de evitar la acumulación de producto en las paredes del mismo.

2.5.- Sistema de extracción de aire exhausto.

Una vez realizado el proceso de deshidratación es necesario retirar el aire ya húmedo del interior de la cámara, esto se hace mediante una turbina similar a la del aire primario pero de una mayor capacidad ya que esta debe manejar un mayor volumen de aire debido al aumento en la temperatura de este y por consecuencia un incremento en su volumen.

Para esta etapa se cuenta con una turbina que según datos de tablas cuenta con un motor de 30 HP y una velocidad de 1900 RPM que se encuentra acoplado mediante una transmisión de poleas y bandas a un impulsor de 44 pulgadas de diámetro. De acuerdo a esto se puede saber que el volumen máximo de aire que puede manejar es de 37,000 m3/hr

En la figura 2.5.1 se muestra la disposición de la turbina de aire exhausto

FIG. 2.4.4

FIG. 2.5.1



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Para la extracción del aire del interior de la cámara se cuenta con un ducto redondo de 90 cm de diámetro y cuatro alimentaciones cada uno con una compuerta tipo mariposa con un pistón neumático para su ajuste

En la fig. 2.5.2 se muestra el ducto de aire exhausto así como la disposición de la turbina con respecto al ducto de aire proveniente de la zona de filtrado mediante las mangas (ducto horizontal) y con el ducto de aire posterior a la turbina (ducto vertical) deduciendo con esto que la forma de trabajo del impulsor es de tipo centrifugo.

2.6.- Sistema de extracción del huevo en polvo

Debido a que el proceso de deshidratación del huevo para este secador se hace mediante el aspreado del líquido sobre una corriente de aire, y que este al liberar la humedad contenida en él, se precipita al fondo del secador, es necesario tener un sistema de extracción del polvo que nos permita retirarlo del interior de la zona caliente ya que de lo contrario su estancia prolongada en ella ocasionaría la perdida ó alteración de algunas de sus propiedades.

Para evitar lo anterior y asegurar que el producto cumpla con determinadas especificaciones que aseguren su calidad ante los clientes, se cuenta con un sistema de extracción para el huevo en polvo que consta principalmente de una rastra y un transportador helicoidal (tornillo sin fin).

FIG. 2.5.2



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Debido a la forma rectangular que tiene la cámara de secado, la opción más adecuada para la extracción del polvo se ha hecho mediante dos rastras colocadas sobre una guía empotrada en la pared del secador. Al pasar estas sobre el fondo del secador generan un barrido de la parte posterior del secador hacia la parte frontal, orillando el polvo generado durante este ciclo en un canal donde se encuentra el transportador helicoidal. Una vez estando el polvo dentro del canal, el movimiento circular del tornillo sin fin obliga al polvo a trasladarse hacia el exterior de la cámara a través de un orificio rectangular.

En el exterior de la cámara se tiene otro tornillo sin fin conectado en serie con el anterior para trasladar el polvo hacia un cernidor dentro del cual se realiza la separación de las aglomeraciones formadas dentro de la cámara (duros), del polvo fino que cumple con las especificaciones de calidad para su venta.

El polvo fino que sale del cernidor es empacado en bolsas de polietileno y en costales de papel kraft con un contenido neto de 25 KG, siendo estos últimos el empaque de presentación del producto.

El arreglo del equipo antes mencionado se detalla en la fig. 2.6.1.

FIG. 2.6.1



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FIG. 2.6.3.-Cernidor de huevo en polvo y transportador helicoidal

FIG. 2.6.4.- Detector de metal y almacenamiento.

FIG. 2.6.2



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Capítulo III: Propuesta de automatización Página 31

CAPITULO III.- PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN.

En el capitulo actual se desarrollaran paso a paso las diferentes actividades necesarias para alcanzar un aumento en la eficiencia del deshidratador de huevo mediante su automatización.

Para poder definir todas y cada una de las decisiones a tomar por el sistema de control, es evidente la necesidad de un estudio de operación del equipo a gobernar.

3.1.- Operación del secador.

De acuerdo a lo anterior, se ha decido utilizar como apoyo principal el manual de operación y paro del secador, el cual se define a continuación.

3.1.1.- Encendido del Secador.

• El encendido mecánico debe ser en el siguiente orden. 1. Encienda el ventilador de aire primario (VAP) 2. Encienda el ventilador de aire exhausto, inmediatamente después del VAP. 3. Encienda el quemador.

• Nota.- Se debe tener cierta precaución con el arranque en los ventiladores de aire primario y aire exhausto. A causa de la gran demanda de energía para arrancar estas grandes unidades, usualmente no es posible arrancar ambos al mismo tiempo. Para solventar esto, el ventilador de aire primario se enciende, y tras dos segundos se enciende el de aire exhausto.

4. Encienda los sacudidores sónicos 5. Encienda la rastra 6. Encienda los transportadores helicoidales. 7. Encienda el cernidor (tamizador). 8. Verifique que el set point en el display del tablero de control sea de 70ºC para

evitar que se sobrecaliente de inmediato, de no ser así ajuste de inmediato la temperatura indicada.

• Encendido del quemador. 1. Una vez que se han encendido los ventiladores del aire primario y de aire

exhausto, un relevador de tiempo permite que durante tres minutos se realice una extracción de gases en el interior del secador previendo la presencia de residuos de combustible.

2. Al cabo de este tiempo se energiza el protector de flama el cual realiza otro barrido de 30 segundos y al cabo del cual se enciende el piloto.

3. Una vez establecido el piloto, por medio de la barra protectora de flama se verifica que la flama del piloto sea normal (más de 1.5 volts en la pantalla). El protector de



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flama manda abrir la válvula principal de gas. El quemador enciende y el controlador de temperatura cuidara de mantener el valor de 70ºC (Set point inicial). Verificar que así se haga por lo menos durante 5 minutos. Si no se establece la flama, el control del quemador indicara la falla como alarma. En este caso se deberá resetear el control del quemador y repetir el procedimiento de encendido de este. En caso de que vuelva a fallar se notificara al departamento de mantenimiento para la revisión y corrección de la falla.

4. Una vez alcanzada la temperatura de 70ºC, se procederá a incrementar la temperatura del aire de entrada por proporciones de 50ºC hasta el valor deseado para secar el producto (300ºC)

• Alimentación del producto al secador 1. La válvula de alimentación a las boquillas que viene de la bomba Gaulin debe

permanecer cerrada. La válvula de la purga debe abrirse para que el aire que pueda estar atrapado sea forzado a salir evitando que la Gaulin cavite y se presenten más tarde fluctuaciones indeseadas en la presión de alimentación del producto.

2. Asegúrese que la bomba gaulin este en automático y no en manual (en el tablero de control). Cuando está en automático la bomba Gaulin puede apagarse automáticamente si el quemador tuviera una falla. Cierre la válvula de alimentación de producto a la bomba Gaulin.

Verifique visualmente que el agua de purga este abierta sí no es así puede ocurrir que se purgue prematuramente y se desgasten los sellos de la gaulin.

Abra la válvula de alimentación a la gaulin y encienda esta. Invierta la válvula de retorno. El arrancar la gaulin con mucha presión puede ocasionar un shock de carga severo que puede dañar la bomba. Simultáneamente abra la válvula de alimentación a las boquillas y cierre la válvula de purga, ajuste la presión de la gaulin a 2000 PSI con la válvula de retroalimentación.

Es importante que la temperatura de salida (aire caliente hacia mangas, entrada 3 en display del graficador y pluma 3 en la grafica) este cercano a los 80ºC ya que al estar por debajo de este valor se podría humedecer la cámara o en caso contrario se incendiarían las mangas de la cámara de filtrado. Es necesario ajustar el suministro de aire para mantener la temperatura de salida apropiada. La bomba gaulin debe permanecer encendida y debe fluir libremente. Abra la válvula de alimentación de producto y cierre la válvula de alimentación de agua. Aumente la presión de la bomba hasta 2000 PSI, verifique que la temperatura del aire de entrada permanezca a la temperatura que se le asigno previamente.

3. Siempre arranque el secador con agua para eliminar cualquier problema que pudiera ocurrir si se arrancara directamente con producto.



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4. Una temperatura de aire exhausto alta, usualmente resulta en un producto más seco de lo deseado. Una temperatura de aire exhausto baja produce un producto más húmedo de lo indicado.

• Ahora el secador puede trabajar automáticamente.

Una vez concluido el procedimiento de arranque del equipo de secado, este puede trabajar en forma automática hasta que se decida pararlo o exista una falla en el suministro de energía, para lo cual se deberá reiniciar el procedimiento de arranque.

Durante el tiempo de operación del secador se deben seguir ciertas actividades a fin de vigilar que la producción cumpla con determinadas características de calidad.

1. Las determinaciones de humedad al polvo resultante (realizadas en el laboratorio de control de calidad) indicaran si es necesario realizar ajustes en la temperatura.

2. El producto que fluye a través del sistema debe ser evaluado periódicamente al menos cada hora.

3. El flujo a través de los transportadores helicoidales debe ser constante, verificando que la rastra alimente a estos, los cuales a su vez alimentan al cernidor para finalmente envasar el producto que sale de este en forma constante. De no ser así, destape la unión entre los transportadores helicoidales y verifique el paso del polvo, verifique el contenido del cernidor (si es necesario, abriéndolo para eliminar acumulación)

4. El polvo que es envasado debe fluir en cantidad constante.

3.1.2.-Paro del secador.

A medida que la cantidad de producto a secar se está terminando, el operador deberá ir reduciendo la cantidad de boquillas en operación para mantener la presión constante y evitar que el piso de la cámara se humedezca.

1. Disminuya la presión de alimentación de la gaulin a la mitad de presión de trabajo normal por medio de la manivela lateral de retroalimentación.

2. A medida que se termine el producto a secar, mantenga líquido en la gaulin. a. Enjuagando el tanque de balance del producto secado, con agua. b. Cerrando la válvula de alimentación al tanque de balance y abriendo la válvula

del agua al tanque de balance. 3. El agua debe de correr al menos por 15 minutos, lo suficiente para asegurar la

limpieza de la línea de alta presión hacia las boquillas. La cantidad de agua y el



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tamaño de partículas formadas es tal que el secador no puede evaporar las grandes cantidades de agua entrante, se puede humedecer el secado. De 45 segundos a 1 minuto debe ser tiempo suficiente para remover el producto de la Gaulin y de las líneas.

a. Cierre la válvula del agua. b. Apague la Gaulin y el quemador. c. Abra la válvula de desagüe y drene la línea de alimentación a las boquillas. d. Deje abierta la válvula de desagüe, pero cierre la línea de alimentación a las

boquillas. e. Abra la válvula de agua, prepare la Gaulin en manual y enciéndala. Esto

enjuagara la Gaulin. Trabaje así por 15 minutos. f. Pare la Gaulin.

4. Apague el quemador inmediatamente después de parar la alimentación, esto cortara todo suministro de gas al secador.

5. Los ventiladores de aire primario y de aire exhausto deberán estar funcionando durante varios minutos para enfriar el equipo.

a. Cuando la temperatura de aire de entrada alcance los 50ºC o menos, pare ambos ventiladores simultáneamente.

b. Verifique visualmente que no cae más producto por las mangas. Pare los sacudidores sónicos.

c. Pare los transportadores helicoidales. d. Pare el cernidor. e. El graficador deberá permanecer encendido. La energía del instrumento

evitara el que se enfrié y la consecuente formación de humedad en el instrumento.

3.1.3.- Fuego en el secador.

Hay una remota posibilidad de que se pueda iniciar un incendio en el secador si ocurre un fallo eléctrico, o un mal funcionamiento de los controles de gas, u ocurra un serio error de operación. Incluso algo pequeño como un orificio en la boquilla, casco o empaque, puede causar un conato de incendio en el secador.

INMEDIATAMENTE.- Cuando se observe un incendio o una chispa de incendio apague el quemador, el ventilador de aire de entrada, y de aire exhausto. Cambie la Gaulin e alimentar producto a alimentar agua y ponga el control en manual (arrancando la Gaulin a 1000 PSI). Empape la cámara del secador por lo menos 5 minutos antes de intentar abrirla. Apague todos los otros equipos. Revise que las mangas del colector de polvos no se estén incendiando.

• Solicite ayuda a los bomberos de ser necesario.



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3.2.- Selección de los equipos de control para el homogeneizador Gaulin.

Durante el proceso de secado, muchos son los factores que pueden afectar su productividad, sin embargo la mejor opción de control radica en disminuir las variantes al máximo, para así poderse concentrar en controlar de manera eficiente las variantes restantes. Siendo este el caso, se ha optado por dar prioridad al homogeneizador Gaulin, haciendo que su influencia sea clave para el control de todo el proceso de deshidratación.

Tener el control total del homogeneizador, nos permite manipular tanto el flujo de huevo hacia el secador, como la presión de homogeneizado y por ende el control del tamaño de gota, producto del aspreado.

Todo esto, referenciado por el manual de operación del secador, en el cual se indica como principal recomendación, el cuidado de la temperatura del aire exhausto que debe estar cercano a los 80ºC ya que al estar por debajo de este valor se podría humedecer la cámara o en caso contrario deshidratar en exceso el producto.

3.2.1.- Variador de velocidad

Lograr el control del homogeneizador, se ha resuelto mediante la utilización de un variador de velocidad siendo su selección de la manera siguiente.

Cabe recordar del capítulo 2 que el homogeneizador Manton Gaulin cuenta con un motor trifásico de 25 HP y de tipo jaula de ardilla de un solo devanado, siendo estos los datos necesarios para la selección del variador.

Se ha elegido a la serie micromaster 440 como variador de velocidad, ya que esta serie nos permite modificar la velocidad de motores de hasta 75KW con entrada trifásica.

Estos convertidores están controlados por microprocesador y utilizan tecnología IGBT (insulated gate bipolar transistor) de última generación, lo que los hace versátiles y confiables. Su método de modulación por ancho de pulso con una frecuencia de pulsación seleccionable permite un funcionamiento silencioso del motor.

Por otra parte, este tipo de variadores cuentan con una serie de funciones que ofrecen una protección excelente tanto para el convertidor como para el motor.

FIG. 3.2.1.1.- Micromaster 440



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Las características de protección que ofrece la gama 440 son:

• Protección de sobretensión/mínima tensión. • Protección de sobre-temperatura para el convertidor. • Protección de defecto a tierra. • Protección de corto circuito. • Protección térmica del motor

La utilización de un dispositivo de protección contra corto circuito en conjunto con esta serie de funciones, permite tener un grado de protección similar a la coordinación total, ya que ofrece características de protección por sobrecarga, además de hacer posible la configuración de una rampa de arranque del motor, limitando el consumo de corriente durante su arranque, generando con esto un arranque más suave y controlado. Lo anterior hace posible que los elementos involucrados en el control no presenten daños o inclusive riesgo de soldadura en el caso de un mal funcionamiento.

De acuerdo a las características del motor, el convertidor de frecuencia apto para el control es el de Referencia 6SE6440-2UC32-2EA0 para 30HP de tamaño constructivo E.

La figura 3.2.1.2 nos muestra la posible instalación para el variador de frecuencia, sin embargo para nuestro caso utilizaremos como elemento de protección contra corto circuito, un interruptor termomagnetico MAG-GARD en lugar de los fusibles y dejaremos de lado el filtro.

FIG. 3.2.1.2.- conexiones del motor y la red



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3.2.2.-Selección del contactor

Tipo de servicio.- Para el homogeneizador se ha definido un tipo de servicio permanente para sus contactores, ya que los contactos de servicio permanente pueden permanecer cerrados sin interrupción, por tiempo indefinido y superior a 8 horas, estando recorridos los contactos principales por la corriente de servicio.

Categoría del contactor.- De acuerdo al tipo de motor, se ha seleccionado la categoría AC3 de arranque y desconexión durante la marcha, también se definen algunos requisitos para garantizar la vida útil del contactor como es la corriente a la conexión que debe ser de 6 veces la nominal. Cabe recordar que la selección de la categoría ya no es tan imperativa debido a la intervención del variador de frecuencia.

Calculo de la corriente nominal

𝐼𝑒 =𝐻𝑃 𝑥 746

√3 𝑥 𝐸𝑓 𝑥 𝜂 𝑥 𝐹.𝑃

𝐼𝑒 =25(746)

√3(208)(0.85)(0.85)

𝐼𝑒 = 71.65𝐴

Corriente eléctrica a plena carga según anexo I

𝐼𝑒 = 74.8𝐴

Para la correcta selección del contactor, se debe optar por la corriente más elevada, ya sea de tablas o de cálculo.

De acuerdo al anexo II, la opción más viable es el contactor: Marca: Sirius 3RT

Tamaño: S3 para 80 A

Tipo: 3RT1045-1AK20

Bobina: 120v

FIG. 3.2.2.1.- Contactor SIRIUS 3RT



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3.2.3.-Selección del termomagnetico.

De acuerdo al anexo III, para los motores de jaula de ardilla con arranque a tensión reducida, la cantidad de corriente que el interruptor termomagnetico de tipo instantáneo debe soportar sin dispararse debe de ser del 250% de la corriente nominal esto es:

𝐼𝑒 𝑥 250%

74.8 𝑥 2.5 ≈ 187𝐴

De lo anterior, se selecciona el interruptor tomando para ello como guía la tabla de selección del anexo IV.

Interruptor: MAG-GARD

Corriente nominal: 100A

Gama de ajuste de disparo.-150 a 460A

Numero de polos.- 3

No de catalogo.- FAL3610016M1212

Marco FA .- 100A 600V 60HZ

Los últimos cuatro dígitos del No de catalogo (1212), indica la adición de 1 par de contactos auxiliares para propósitos de señalización, siendo identificados como A y B respectivamente.

3.3.- Selección de los equipos de control para los ventiladores de aire primario y exhausto.

Como se menciono en el capitulo anterior, los ventiladores cuentan con motores de tipo jaula de ardilla, y a partir de este dato se dará comienzo a los cálculos necesarios para la selección de los equipos que se involucren en su control.

FIG. 3.2.3.1.- Interruptor MAG-GARD

FIG. 3.2.3.2.- Nomenclatura de contactos auxiliares



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3.3.1.- Seccionamiento y protección.

Es importante considerar el nivel de seguridad con el que se desea trabajar en las instalaciones, siendo demandante la utilización de equipo que asegure cierto grado de protección.

En la norma IEC 947, se establecen los diferentes seccionamientos con debe de cumplir el circuito de fuerza a fin de disminuir el riesgo de daños a causa de un mal funcionamiento.

La coordinación de las protecciones consiste en asociar un dispositivo de protección contra los cortocircuitos (fusibles o disyuntor magnético) con un contactor y un dispositivo de protección contra las sobrecargas, con el fin de interrumpir las corrientes de sobrecarga (1 a 10 veces la corriente nominal del motor) o de cortocircuito (> 10 veces la corriente nominal) lo más rápidamente posible y sin riesgo para las personas y las instalaciones.

Coordinación de tipo 1 y de tipo 2 Estos dos tipos de coordinación, indican el grado de deterioro tolerable para los diferentes elementos después de un cortocircuito.

Coordinación de tipo 1 (antiguamente “a” según IEC 292-1) • Cuando se produce un cortocircuito, es necesario evitar que el material ocasione

daños a las personas e instalaciones. • Después del cortocircuito, es posible que dicho material no pueda seguir funcionando

a menos que se repare o se reemplacen ciertas piezas.

Coordinación de tipo 2 (antiguamente “c” según IEC 292-1) • Cuando se produce un cortocircuito, es necesario evitar que el material ocasione

daños a las personas e instalaciones. • Después del cortocircuito, dicho material no debe presentar desperfectos o desajustes

de ningún tipo. Sólo se admite el riesgo de soldadura de los contactos del contactor, a condición de que puedan separarse fácilmente. Durante la prueba no se podrá sustituir ninguna pieza, con excepción de los fusibles, que deben ser sustituidos en su totalidad.

Coordinación total • Según la norma IEC 947-6-2, cuando se produce un cortocircuito debe evitarse que

los aparatos que conforman el arrancador presenten daños o riesgo de soldadura. Esta nueva norma formaliza el concepto de “continuidad de servicio”.



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Para el caso de los ventiladores de aire primario y exhausto se ha seleccionado la coordinación tipo 2, ya que ofrece una seguridad aceptable tanto para el personal como para las instalaciones durante una falla, además de ser económicamente la opción más viable.

3.3.2.- Método de arranque.

De acuerdo a sus características de par, intensidad y velocidad, la NEMA identifica a estos motores de jaula de ardilla de un solo devanado como clase A. Su corriente de arranque va de 5 a 7 veces la nominal. Su deslizamiento a plena carga es menor del 5% y en los motores de gran tamaño, aproximadamente del 2%. Su factor de potencia y su rendimiento va del 87% al 89%.

Para motores de 10 HP o mayores, las corrientes de arranque suelen ser muy elevadas.

Aunado a esto, cabe mencionar que en general los ventiladores tienden a tener un elevado momento de inercia (entre 10 y 200 veces el momento de inercia del motor).

Esto significa que en arranque directo la intensidad de arranque puede ser plena durante tiempos elevados, lo que conduce a interrupciones de tensión en la red.

Se pueden evitar intensidades de arranque demasiado elevadas utilizando métodos de arranque que generen un arranque más suave, siendo la mejor opción el método de estrella delta.

FIG. 3.3.2.1.- curvas características de arranque estrella triangulo.



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Tomando en cuenta que el motor es de 6 puntas el circuito de fuerza queda como sigue:

FIG. 3.3.2.2.- Circuito de fuerza para un arranque estrella delta

En primer término se cuenta con un elemento termomagnetico que consigue un poder de corte muy elevado, seguido directamente de los contactores K1, K2 y K3, encargados de realizar la conmutación con las líneas de fuerza para el arranque estrella delta. Por último se puede apreciar el relevador térmico encargado de la protección del motor contra las sobrecargas, así como sus respectivos contactos auxiliares.

Para el arranque estrella delta, primero debe ser accionado el contactor K1, el cual conecta las tres líneas de fuerza a las puntas 1,2 y 3. Al mismo tiempo se conecta K3 que conecta entre si las puntas 4,5 y 6, formando así la conexión en estrella.

FIG. 3.3.2.3.- Diagrama de conexión de un motor de 6 puntas

Posteriormente, es necesaria una temporización de 80 a 100 milisegundos al paso estrella-triángulo, tiempo en el cual se desconecta K3 e inmediatamente se conecta K2, conectando entre las puntas 4,5 y 6 a las 3 líneas de fuerza, formando la conexión delta.



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3.3.3.- Contactores.

Los fabricantes de los contactores facilitan catálogos de datos técnicos, constructivos, etc., en los que figuran los límites de aplicación de cada uno de los tipos de contactores por ellos fabricados. Tanto los datos técnicos expuestos como los límites de empleo, se ajustan a normas universalmente validas, ya que el contactor es un dispositivo eléctrico de empleo general en todos los países.

La comisión Electrotécnica internacional (C.E.I.) publico una norma para contactores a las que se han unido países como Alemania, Inglaterra y Francia.

En dicha norma se especifican los puntos a tomar en cuenta para la selección de un contactor que son:

De acuerdo a esta norma se ha procedido a la selección de los contactores para los diferentes equipos que se desean controlar.

Siemens ofrece contactores de norma IEC y NEMA. Los contactores según la norma IEC deben ser seleccionados al menos de acuerdo al tipo de protección (tipo 1, 2 o total) y categoría de empleo requeridos (Ej.: AC-3, AC-4). Su vida útil promedio se establece en función de su duración eléctrica por el número de ciclos “abierto-cerrado” de acuerdo a su tecnología aplicando corriente nominal en AC-1 ó AC-3: Convencional (electro-mecánica) más de 1´000.000 de ciclos hasta 480 VAC en la mayoría de los casos, Vacío más de 2´000.000 de ciclos y Estado Sólido (1F y 3F, para cargas resistivas o motores) alrededor de 100´000.000.

Tipo de servicio.- Para los ventiladores se han definido tipos de servicio intermitente clase 0 y permanente para sus contactores, ya que los contactos de servicio intermitente clase 0 realizan una conexión y desconexión en tiempos de 1 segundo (conmutación estrella delta), siendo insuficiente la duración de cada tiempo para que el circuito principal alcance el equilibrio térmico. Por otra parte, los contactores de servicio permanente pueden permanecer cerrados sin interrupción, por tiempo indefinido y superior a 8 horas, estando recorridos los contactos principales por la corriente de servicio.

Categoría del contactor.-De acuerdo al tipo de motor, se ha seleccionado la categoría AC3 de arranque y desconexión durante la marcha, también se definen algunos requisitos para garantizar la vida útil del contactor como es la corriente a la conexión que debe ser de 6 veces la nominal.



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Selección de los contactores para el ventilador de aire primario.

Calculo de corriente nominal (Ie)



Donde:

• Ie.- Corriente nominal • HP.- Potencia del motor en caballos de potencia. • Ef.- Tensión entre fases, se debe de considerar una posible caída de voltaje por horas

pico de 220v hasta 208v. • η.- Eficiencia • F.P.- Factor de potencia

𝐼𝑒 =20(746)

√3(208)(0.85)(0.85)

𝐼𝑒 = 57.3𝐴

Corriente eléctrica a plena carga según anexo I 𝐼𝑒 = 59.4𝐴


De acuerdo al anexo II, la opción más viable es el contactor:

Marca: Sirius 3RT


Tipo: 3RT1045-1AK20

Bobina: 120v

FIG. 3.3.3.1.- Contactor Sirius 3RT 80 A



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Selección de contactor para ventilador de aire exhausto

𝐼𝑒 =30(746)

√3(208)(0.85)(0.85)

𝐼𝑒 = 85.98𝐴

Corriente eléctrica a plena carga según anexo I 𝐼𝑒 = 88𝐴



Marca: Sirius 3RT Tamaño: S6 para 115 A Tipo: 3RT1054-1Af36 Bobina: 115v

3.3.4.- Selección del termomagnético.

La coordinación tipo 2, demanda la utilización de un dispositivo de protección contra los cortocircuitos, pudiendo ser utilizados tanto fusibles como interruptores termomagnéticos. Este tipo de dispositivos se caracteriza por poseer una alta capacidad interruptiva cortando automáticamente un circuito cuando la corriente alcanza un determinado valor.

Para el caso de los ventiladores se ha optado por utilizar interruptores MAG-GARD que son usados para protección de motores contra corriente de corto circuito en combinación con arrancadores de motor que posean relevadores de sobrecarga. La selección debe hacerse de acuerdo a lo recomendado en la Norma Oficial Mexicana relativa a las instalaciones eléctricas. Las capacidades interruptivas están establecidas en combinación con el arrancador.

Selección del termomagnetico para el ventilador de aire primario


𝐼𝑒 𝑥 250% 59.4 𝑥 2.5 ≈ 150𝐴

FIG. 3.3.3.2.- Contactor Sirius 3RT 115 A



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Interruptor: MAG-GARD Corriente nominal: 100A Gama de ajuste de disparo.-150 a 460A Numero de polos.- 3 No de catalogo.- FAL3610016M1212 Marco FA .- 100A 600V 60HZ


Selección del termomagnetico para el ventilador de aire exhausto.

De igual manera, se procede a seleccionar el interruptor.

𝐼𝑒 𝑥 250%

88 𝑥 2.5 ≈ 220 𝐴

De lo anterior, se determina que el interruptor termomagnetico seleccionado con anterioridad, cumple con las características necesarias para operar estos dos ventiladores. Por tanto se selecciona el mismo.

3.3.5.- Sobrecarga o relevador térmico

Es un elemento de protección contra sobrecargas que opera con retardo, dependiendo de la corriente. El problema a resolver es suprimir la alimentación del motor si su calentamiento tiende a ser excesivo.

FIG. 3.3.4.1.-Interruptor MAG-GARD

FIG. 3.3.4.2.- Nomenclatura de contactos auxiliares



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Un funcionamiento a temperatura elevada puede conducir, a la destrucción del motor por fusión de los conductores de sus bobinados, o a reducir la vida de este motor por degradación de la calidad de sus aislamientos.

Los relevadores térmicos actúan sobre un contacto de apertura cuando la corriente de la línea pasa por un elemento sensible a la temperatura, tal como un bimetálico.

Estos relevadores, cuentan también con contactos auxiliares, utilizados frecuentemente para enclavamientos o de señalización como lo es para este proyecto, dichos contactos se identifican como 95-96 para contacto normalmente abierto y 97-98 para contactos normalmente cerrado.

Los relés térmicos pueden ser con bimetálicos (SIRIUS 3RU) o electrónicos (SIRIUS 3RB).

En nuestro caso utilizaremos la serie 3RU por adaptarse perfectamente a las necesidades requeridas.

Selección de la sobrecarga para el ventilador de aire primario.

Sabiendo que la corriente nominal del motor es de 59.4 A. del anexo V, se selecciona el relevador térmico.

Tamaño: S3

Capacidad: 45-63 A

Modelo: 3RU1146 – 4JB0

No de catalogo: 40015197

Selección de la sobrecarga para el ventilador de aire exhausto.

Sabiendo que la corriente nominal del motor es de 88 A. del anexo V, se selecciona el relevador térmico.

FIG. 3.3.5.1.- Sobrecarga Sirius 3RU 45-63A



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Tamaño: S3 Capacidad: 70-90 A Modelo: 3RU1146 – 4LB0 No de catalogo: 40016888

3.4.- Selección de los equipos de control para el sistema de rastras, los transportadores helicoidales y el cernidor.

Este tipo de equipos cuentan con motores de tipo jaula de ardilla de un solo devanado, pero a diferencia de los ventiladores, su tamaño es relativamente pequeño, siendo de 2 HP. De aquí se procede a la selección de los equipos de control y protección.

De igual manera, se utilizara un sistema de coordinación tipo 2, ya que la seguridad es un tema de prioridad.

Sin embargo a diferencia de los ventiladores, se utilizara un método de arranque directo, ya que la corriente de arranque no excede la capacidad de la red por tratarse de motores relativamente pequeños.

Tomando en cuenta que el motor es de 6 puntas y que se hace la conexión del motor en delta, el circuito de fuerza se muestra en la fig. 3.4.1

3.4.1.- Contactores.

Los contactores según la norma IEC deben ser seleccionados al menos de acuerdo al tipo de protección (tipo 1, 2 o total) y categoría de empleo requeridos (Ej.: AC-3, AC-4). Su vida útil promedio se establece en función de su duración eléctrica por el número de ciclos “abierto-cerrado” de acuerdo a su tecnología aplicando corriente nominal en AC-1 ó AC-3: Convencional (electro-mecánica) más de 1´000.000 de ciclos hasta 480 VAC en la mayoría


FIG. 3.4.1.- Diagrama de conexión eléctrico.



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de los casos, Vacío más de 2´000.000 de ciclos y Estado Sólido (1F y 3F, para cargas resistivas o motores) alrededor de 100´000.000.

Tipo de servicio.- Para los diferentes equipos de este apartado se han definido tipos de servicio permanente para sus contactores, ya que pueden permanecer cerrados sin interrupción, por tiempo indefinido y superior a 8 horas, estando recorridos los contactos principales por la corriente de servicio.

Categoría del contactor.- De acuerdo al tipo de motor, se ha seleccionado la categoría AC3 de arranque y desconexión durante la marcha, también se definen algunos requisitos para garantizar la vida útil del contactor como es la corriente a la conexión que debe ser de 6 veces la nominal.

Selección de los contactores

Calculo de corriente nominal (Ie)



Donde:

• Ie.- Corriente nominal • HP.- Potencia del motor en caballos de potencia. • Ef.- Tensión entre fases, se debe de considerar una posible caída de voltaje por horas

pico de 220v hasta 208v. • η.- Eficiencia • F.P.- Factor de potencia

𝐼𝑒 =2(746)

√3(208)(0.85)(0.85)

𝐼𝑒 = 5.73𝐴

Corriente eléctrica a plena carga según anexo I

𝐼𝑒 = 7.5𝐴




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Marca: Sirius 3RT


Tipo: 3RT1016-1AK61

Bobina: 120v

3.4.2.- Termomagneticos.

La coordinación tipo 2, demanda la utilización de un dispositivo de protección contra los cortocircuitos, pudiendo ser utilizados tanto fusibles como interruptores termomagnéticos. Este tipo de dispositivos se caracteriza por poseer una alta capacidad interruptiva cortando automáticamente un circuito cuando la corriente alcanza un determinado valor.

Para el caso de los diferentes equipos de este apartado se ha optado por utilizar interruptores MAG-GARD que son usados para protección de motores contra corriente de corto circuito en combinación con arrancadores de motor que posean relevadores de sobrecarga.


𝐼𝑒 𝑥 250%

7.5 𝑥 2.5 ≈ 19𝐴


FIG. 3.4.1.1.-Contactor Sirius 3RT 9A



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Interruptor: MAG-GARD

Corriente nominal: 7 A

Gama de ajuste de disparo.-18 a 58A

Numero de polos.- 3

No de catalogo.- FAL3600712M1212

Marco FA .- 100A 600V 60HZ


3.4.3.- Sobrecarga o relevador térmico

Siguiendo con lo establecido en el tipo de protección de coordinación 2, para estos equipos, también es de vital importancia tener elementos de protección contra sobrecargas para suprimir la alimentación del motor si su calentamiento tiende a ser excesivo.

De igual forma se utilizaran relevadores térmicos bimetálicos de la marca SIEMENS y de la serie SIRIUS 3RU.

Estos relevadores, cuentan también con contactos auxiliares, utilizados frecuentemente para enclavamientos o de señalización como lo es para este caso, dichos contactos se identifican como 95-96 para contacto normalmente abierto y 97-98 para contactos normalmente cerrado.

FIG. 3.4.2.1.- Interruptor MAG-GARD

FIG. 3.4.2.2.- Nomenclatura contactos auxiliares



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Selección de la sobrecarga

Sabiendo que la corriente nominal de los motores es de 7.5 A. del anexo V, se selecciona el contactor. Tamaño: S00 Capacidad: 7-10 A Modelo: 3RU1116 – 1JB0 No de catalogo: 40015197

3.5.- Selección de válvulas.

3.5.1.- Válvulas de alimentación a espreas.

La selección de las válvulas de alimentación de huevo líquido a las espreas se hará tomando en consideración tres aspectos fundamentales:

• La línea de alimentación hacia las espreas puede manejar de 1000 a 3000psi de presión.

• El diámetro de la tubería es de ½”. • Los materiales de construcción de la válvula deben de ser de acero inoxidable grado

alimenticio, debido a su contacto directo con el alimento.

Tomando esto en consideración, se han elegido válvulas de la marca HABONIM por su posibilidad de equiparlas de acuerdo a necesidades específicas, teniendo como resultado válvulas de gran versatilidad que se adaptan fácilmente a un gran número de aplicaciones.

HABONIM fabrica válvulas para aplicaciones de alta presión, entre las cuales destaca la serie H27 capaz de manejar presiones de hasta 6000 psi. Bajo este criterio se ha seleccionado como la opción correcta para la alimentación a las espreas.

Debido a que la instalación actual posee una línea de alimentación de ½” para las boquillas, debe hacerse una adaptación a fin de poder utilizar válvulas de ¾” ya que solamente para este tamaño el fabricante ofrece actuadores neumáticos.




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FIG. 3.5.1.1.- Medidas de válvula HABONIM de ½”

En el esquema de la fig. 3.5.1.2 se muestran las diferentes partes que integran la válvula. Sin embargo, cabe mencionar que el vástago (4) así como sus demás aditamentos deben ser los adecuados para el acoplamiento del actuador neumático.

FIG. 3.5.1.2.- Descripción de la válvula HABONIM de ½”



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La selección de los materiales de algunos de los componentes de la válvula debe hacerse de tal forma que cumpla con los estándares de manejo de alimentos, siendo obligatorio el uso de acero inoxidable de aleación 316.

El fabricante ofrece una gran variante de materiales y para su selección dispone a sus clientes la tabla del anexo VI y VII. Apoyándose en esta tabla, la selección de la válvula queda como sigue:

• Tamaño.- ¾” • Servicio.- Alta presión y de paso total • Serie.- H27 • Cuerpo principal.- Acero inoxidable aleación 316 • Conectores.- Acero inoxidable aleación 316. • Bola.- Acero inoxidable aleación 316. • Vástago.- Acero inoxidable aleación 316. • Seat.- Virgin PEEK FDA (food and drug administration) • Sellos.- VITON FDA (grado alimenticio) • Tipo de conectores.- SAE con brida para 3000psi clave 61. • Código de identificación.- 07HB27-6666LV/SAE3000

3.5.2.- Válvula de retorno

Dentro de la línea de alta presión, también se encuentra la válvula de retorno que permite la alimentación del fluido proveniente del homogeneizador hacia las espreas o en caso contrario retorna el fluido hacia el tanque de balance, evitando de esta forma una excesiva elevación de presión en la línea debida al acontecimiento del cierre de las válvulas que alimentan las boquillas.

De esta forma se ha seleccionado la válvula de tres vías de la serie D47 del fabricante HABONIM para esta aplicación.



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FIG. 3.5.2.1.- Descripción de válvula de 3 vías HABONIM.

Las características de esta válvula quedan como sigue: • Tamaño.- ¾” • Servicio.- Desviador y de paso total • Serie.- D47 • Cuerpo principal.- Acero inoxidable aleación 316 • Conectores.- Acero inoxidable aleación 316. • Vástago.- Acero inoxidable aleación 316. • Bola.- Acero inoxidable aleación 316 tipo T. • Seat.- Virgin PEEK FDA (food and drug administration) • Sellos.- VITON FDA (grado alimenticio) • Tipo de conectores.- Con brida para 3000psi. • Patrón de flujo

o Primera posición.- Desvío o Segunda posición.- Continuación de la línea.

• Código de identificación.- 07DB47-6666LV/300-#002



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3.5.3.- Válvulas de baja presión.

Dentro del sistema, se cuenta también con válvulas que requieren control pero que a diferencia de las anteriores trabajan a baja presión. Para el control de estas válvulas se hace apropiado el uso de la serie 48 del fabricante HABONIM por sus características diseñadas para el manejo de alimentos además de su uso para bajas presiones lo cual lo hace la opción económicamente más viable.

• Selección de la válvula para la alimentación de agua al tanque de balance. o Tamaño.- ¾” o Servicio.- Control o Serie.- 48 o Cuerpo principal.- Acero inoxidable aleación 316 o Conectores.- Acero inoxidable aleación 316. o Bola.- Acero inoxidable aleación 316. o Vástago.- Acero inoxidable aleación 316. o Seat.- Virgin PEEK FDA (food and drug administration) o Sellos.- Virgin PEEK FDA (grado alimenticio) o Tipo de conectores.- Clamp. o Terminado de superficie.- Estándar o Purga.- Clamp o Código de identificación.- 07N48-6666LL/TC-EP-T

• Selección de la válvula de purga. o Tamaño.- ¾” o Servicio.- Control o Serie.- 48 o Cuerpo principal.- Acero inoxidable aleación 316 o Conectores.- Acero inoxidable aleación 316. o Bola.- Acero inoxidable aleación 316. o Vástago.- Acero inoxidable aleación 316. o Seat.- Virgin PEEK FDA (food and drug administration) o Sellos.- Virgin PEEK FDA (grado alimenticio) o Tipo de conectores.- Clamp. o Terminado de superficie.- Estándar o Purga.- Clamp o Código de identificación.- 07N48-6666LL/TC-EP-T

• Selección de la válvula de alimentación de producto a tanque de balance y válvula de alimentación al homogeneizador.

o Tamaño.- 3” o Servicio.- Control o Serie.- 48



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o Cuerpo principal.- Acero inoxidable aleación 316 o Conectores.- Acero inoxidable aleación 316. o Bola.- Acero inoxidable aleación 316. o Vástago.- Acero inoxidable aleación 316. o Seat.- Virgin PEEK FDA (food and drug administration) o Sellos.- Virgin PEEK FDA (grado alimenticio) o Tipo de conectores.- Clamp. o Terminado de superficie.- Estándar o Purga.- Clamp o Código de identificación.- 30N48-6666LL/TC-EP-T

3.5.4.- Actuador neumático para válvulas.

Convenientemente se ha seleccionado el actuador neumático propio del fabricante, ya que posee los aditamentos necesarios para su acoplamiento, además de contar con la recomendación del mismo, respaldándose en pruebas realizadas con diferentes condiciones de operación y estableciendo así los rangos permisibles para un óptimo funcionamiento.

Dentro de los actuadores fabricadas por HABONIM, se han elegido las series C25 y C45, básicamente rigiéndose por el tamaño de la válvula a controlar.

o C25.- Para válvulas de ¾” o C45.- Para válvulas de 3”

El principio de funcionamiento para ambos actuadores es exactamente el mismo, basándose en la aplicación de aire presurizado (3-8 BAR) al interior de 4 pistones, transformando esta energía en movimiento lineal, para posteriormente mediante un mecanismo de piñón generar un movimiento angular. El actuador seleccionado es considerado de simple efecto, ya que una vez concluida la aplicación de presión al interior de los cuatro pistones, estos regresan a su posición inicial mediante el relajamiento de 4 resortes, previamente comprimidos.

FIG. 3.5.4.1.- Actuador neumático HABONIM



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FIG. 3.5.4.2.- Principio de funcionamiento del actuador neumático.

3.6.- Selección de los equipos de control para los sistemas neumáticos.

Los circuitos neumáticos están constituidos por los actuadores que efectúan el trabajo y por aquellos elementos de señalización y de mando que gobiernan el paso del aire comprimido, y por lo tanto la maniobra de aquellos, denominándose de una manera genérica válvulas.

Estos elementos tienen como finalidad mandar o regular la puesta en marcha o el paro del sistema, el sentido del flujo, así como la presión o el caudal del fluido procedente del depósito regulador.

Para el caso nuestro, es indispensable el uso de válvulas distribuidoras, que determinen el camino que ha de seguir el aire en cada momento, gobernando a la postre el sentido de desplazamiento de los actuadores que en su caso abrirán o cerraran las diferentes válvulas con que cuenta el equipo.

Las electroválvulas pueden ser accionadas de diferentes maneras, pero el accionamiento eléctrico con servopilotaje puede en nuestro caso ser la opción más conveniente.

Este tipo de accionamiento se efectúa con la fuerza que se provoca al hacer pasar una corriente eléctrica alrededor de una bobina con un núcleo de hierro desplazable en su interior y que ejerce fuerza sobre una pequeña válvula auxiliar, que abierta deja paso al aire



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comprimido para que actúe sobre la válvula principal. Es decir el servopilotaje es simplemente un multiplicador de esfuerzos que tiene como objetivo principal, la reducción del tamaño de las bobinas.

Debido a imperativa utilización de actuadores de simple efecto, se ha elegido como elementos de mando, electroválvulas de tres vías y dos posiciones, las cuales se detallaran a continuación.

3.6.1.- Selección de la terminal para electroválvulas.

En primer término, se ha seleccionado la terminal ó batería de válvulas de la serie VSVA ISO 15407-1 de FESTO, ya que tiene las prestaciones necesarias haciéndola la opción más viable económicamente.

Esta terminal puede contener desde 8 electroválvulas hasta 32, pudiendo manejar caudales de 500 a 1000 litros por minuto por cada válvula.

FIG. 3.6.1.1.- Batería de válvulas VSVA.

3.6.2.- Selección de electroválvulas.

Como ya se menciono, es necesaria la selección de electroválvulas de tres vías y dos posiciones, dejando como la mejor elección a la electroválvula de la serie VSVA, ISO 15407-1 / Forma C del conector tipo clavija, la cual posee las siguientes características:



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• Numero de artículo.- 547169

• Tipo.- VSVA-B-T32C-AH-A2-2AC1

• Posición normal.- 2 cerradas

• Alimentación del aire de pilotaje.- Interno

• Tipo de accionamiento.- Eléctrico.

• Tipo de mando.- servopilotaje

• Tensión de la bobina.- 120 VCA

• Consumo de Potencia.- 2.1 VA

• Caudal: 550 a 700 litros p/min

• Presión de funcionamiento.- 2 a 10 BAR

• Tipo de reposición.- Por muelle neumático

• Tiempo de conexión/desconexión.- 20/28 ms

FIG. 3.6.2.1.- Electroválvula de 3 vías



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3.6.3.- Vibradores sónicos

Estos dispositivos, generan ondas sónicas que al golpear las diferentes superficies en el interior de la cámara de secado, crean vibraciones que provocan el desprendimiento de posibles acumulaciones de huevo en polvo. Tiene como método principal el flujo de aire comprimido hacia las cavidades de la torreta, para ahí generar la frecuencia a la que ha sido diseñado.

Este equipo cuenta ya con toda una serie de accesorios que permiten su correcto funcionamiento, entre los cuales se pueden encontrar reguladores de presión, filtros para aire comprimido e inclusive las electroválvulas de mando.

Debido a lo anterior, no se hace necesaria la selección de equipos de mando para estos dispositivos, restando solamente su conexión al dispositivo de control (PLC).

3.7.- Selección de sensores.

Dentro del proceso es de vital importancia monitorear la temperatura del aire proveniente del quemador, así como la del aire exhausto a la salida del deshidratador.

Sin embargo, la temperatura es un factor de medida engañoso debido a su simplicidad. A menudo pensamos en ella como un simple número, pero en realidad es una estructura estadística cuya exactitud y repetitividad pueden verse afectadas por la masa térmica, el tiempo de medida, el ruido eléctrico y los algoritmos de medida.

Dicho de otra forma, la temperatura es difícil de medir con exactitud aún en circunstancias óptimas, y en las condiciones de prueba en entornos reales es aún más difícil.

La elección de los transductores de temperatura adecuados y su correcta utilización puede marcar la diferencia entre unos resultados equívocos y unas cifras fiables.

Los termopares son los sensores más utilizados, ya que ofrecen una gama de temperaturas mucho más amplia y una construcción más robusta que otros tipos. Además, no precisan alimentación de ningún tipo y su reducido precio los convierte en una opción muy atractiva para grandes sistemas de adquisición de datos.

Un termopar, está construido por dos alambres de material diferente A y B unidos en una junta termoeléctrica llamada junta de medición T1 y cerrado el circuito en otra junta llamada de referencia T2. La primer junta, estará expuesta al medio del que se desea medir la



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temperatura, mientras que la segunda junta estará en un ambiente de temperatura conocida o cuya temperatura es automáticamente compensada y normalmente es transferida al instrumento por medio del cable de extensión.

En la actualidad existen dos métodos tradicionalmente usados para enviar las mediciones de temperatura hacia los sistemas de supervisión y control. Uno de estos métodos, es el uso de los cables de extensión utilizados para transportar las señales de bajo nivel (volts ó mili volts) generados por los termopares instalados en campo.

El otro método utilizado, como lo es para nuestro caso, es el uso de transductores instalados cerca del punto de medición, los cuales amplifican y acondicionan la señal del sensor y la transmite sobre un par de hilos trenzados hasta la sala de control.

Los transductores de temperatura, determinan la temperatura de referencia mediante un RTD (detector de temperatura de resistencia) o con cualquier otro dispositivo de medida de temperaturas absolutas.

Una vez conocida la temperatura de referencia, el transductor mide la f.e.m. generado por el termopar y aplicando la formula V=(T1-T2) determina el valor de T1.

Hay que recordar, que los termopares no tienen un comportamiento lineal respecto a la temperatura y voltaje generado, y es por eso que debe ser constante la realización de este cálculo convirtiéndolo en un trabajo rutinario. Sin embargo es común que los sistemas de adquisición de datos como los transductores se encarguen de ejecutarlos además de escalar la lectura medida a un rango de tensión o intensidad normalizado para su uso general.

3.7.1.- Selección del termopar.

La selección del termopar para esta aplicación, se basara principalmente en tres aspectos fundamentales, la configuración del termopar respecto al transductor, el rango de temperatura a medir y los materiales de construcción debido a su exposición a una atmosfera potencialmente corrosiva.

Para ello se ha seleccionado como el termopar adecuado para las dos aplicaciones el siguiente.

• Marca.- JMindustrial.



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• Serie.- 100 • Aplicación.- Procesos alimenticios • Tipo.- K • Rango de temperatura.- 0-1260 • Modelo.- JM-101-22-D200cm-2 • Calibre.-24 para un límite de temperatura superior de 850°C • Material de tubos protectores.- acero inoxidable • Aislante de extensión.- fibra de vidrio con malla (400°C) • Longitud de cable.- 200 cm • Terminales.- tipo espada

FIG. 3.7.1.1.- Termopar tipo k

3.7.2.-Selección del transmisor de la señal de temperatura.

Debido a que el termopar seleccionado ha sido de tipo K, se ha determinado como mejor opción el transmisor siguiente:

• Marca.- JMindustrial • Serie.- SZ109TC • Señal de entrada.- termopar J, K, R, S, T, B, E, N. • Señal de salida.-

o Corriente: 0-20 mA/4-20mA o Voltaje.-0-5, 1-5, 0-10 y 2-10 Vcd

• Voltaje de alimentación.-19-40 Vcd/19-28 VCA • Cuenta con aislación galvánica. • Consumo eléctrico.- Máx. 2.5 W • Frecuencia de muestreo.- 3 por cada segundo. • Ajustes/selección.- DIP Switch: configuraciones de entradas y salidas. • Temperatura de operación.- 0 a 50°C • Humedad.- 0 a 90 % @40°C • Conexiones.- Bornas tipo tornillo con abrazadera



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Diagrama de conexiones:

FIG. 3.7.2.1.- Transmisor de señal y conexiones.

FIG. 3.7.2.2.- Ajustes por DIP SWITCH.



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3.8.- Sistema de supervisión y control.

El concepto de control es extraordinariamente amplio, abarcando desde un simple interruptor que gobierna el encendido de una bombilla hasta el más complejo ordenador de proceso.

Un sistema automático de control para uso industrial, es aquel encargado de gobernar determinada maquinaria sin que el operador intervenga directamente sobre sus elementos de salida.

Este sistema se encarga de la toma de ciertas decisiones ante determinados comportamientos del equipo gobernado. Para ello se requiere la existencia de sensores que detecten el comportamiento de dicha maquinaria y de interfaces para adaptar las señales de los sensores a las entradas del sistema de control.

La demanda en la industria de un sistema económico, robusto, flexible, fácilmente modificable, hizo que se desarrollasen los autómatas programables industriales ó PLC (programmable logic controller).

En la actualidad se cuenta con una amplia gama de este tipo de controladores, a fin de satisfacer necesidades especificas para cada aplicación. Dentro de sus juegos de instrucciones se pueden tener operaciones lógicas con bits, temporizadores, contadores, operaciones aritméticas, tratamiento de señales analógicas, funciones de comunicación y otras series de funciones de control.

3.8.1.- Selección del PLC.

Uno de estos sistemas de control es el PLC S7-300 de SIEMENS, el cual se ha seleccionado ya que proporciona la suficiente flexibilidad para una solución de control total. El conjunto de sus instrucciones del procesador, sus herramientas de programación avanzada y sus capacidades de expansión son buenas razones para su selección en las aplicaciones de control.

Este tipo de PLC, es denominado como de tipo modular, debido a que posee la capacidad de expandirlo, adaptándolo a los requerimientos de control, dando como resultado, un sistema altamente efectivo ya que sus capacidades no excederán de manera significativa las exigencias del proceso.



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Este sistema consiste en un RACK (gabinete con varios puestos de enchufe llamados slots en donde se insertan los módulos), una fuente de alimentación, la unidad central de proceso (CPU) y los módulos de señales e interfaces

Si la tarea de automatización requiere emplear más de 8 módulos, se puede ampliar la unidad central (ZG) del S7-300 con unidades de ampliación (EG). En total se puede utilizar un máximo de 32 módulos de forma centralizada: hasta 8 módulos por cada unidad de ampliación. La comunicación entre los diversos equipos se desarrolla de forma totalmente autónoma a través de módulos de interfaz (IM). En las instalaciones que ocupan un espacio físico extenso, las ZG/EG también se pueden montar separadas con gran distancia entre sí (hasta 10 m).

De este modo, en una configuración monofila se obtiene una configuración máxima de 256 E/S, y en una configuración de varias filas, hasta 1024 E/S. En una configuración descentralizada con PROFIBUS DP son posibles 65536 conexiones de E/S (hasta 125 estaciones, p. ej., ET 200M a través de IM 153). Los slots se pueden direccionar libremente, es decir, no existe ninguna regla de asignación de slots.

3.8.2.-Fuente de alimentación.

En primera instancia, el primer slot del rack está destinado a la fuente de alimentación del sistema. Esta tiene como tarea principal alimentar el controlador S7-300. Por otra parte, también se puede utilizar para alimentar sensores/actuadores con 24DC suministrando una intensidad de corriente dependiente del modelo seleccionado.



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Para nuestro proyecto, se ha seleccionado como fuente de alimentación la siguiente:

• Fuente de alimentación.- PS 307; 2 A. • Numero de referencia.- 6ES7307-1BA00-0AA0 • Intensidad de salida.- 2ª • Tensión nominal de salida.- 24 VCD • Tensión nominal de entrada.- 120/230 VCA, 50/60 HZ 1. Indicador de tensión de salida 24 VCD. 2. Interruptor On/Off para 24 VCD. 3. Bornes para tensión de red y conductor de protección. 4. Bornes para tensión de salida 24 VCD 5. Alivio de tracción.

3.8.3.- Unidad central de proceso (CPU).

Para la configuración del controlador hay disponible una gama escalonada de CPU con un amplio abanico de prestaciones. Las CPU permiten tiempos de ciclo de maquina cortos gracias a su gran velocidad de procesamiento. El ancho reducido de los módulos garantiza un conjunto compacto, lo que redunda en armarios eléctricos pequeños.

La unidad central del proceso esta predestinada al segundo slot del primer rack, y a diferencia de los demás módulos, solo puede haber una CPU en toda la configuración.

La selección de la CPU se hace de acuerdo a los requerimientos del programa, teniendo para este proyecto una alta demanda tanto de bits de memoria como de palabras para el uso de timers. De aquí que se ha seleccionado la siguiente CPU.

• Unidad central de proceso.- CPU 314 • Numero de referencia.- 6ES7-314-1AE04-0AB0 • Memoria RAM.- 24 KB • Numero y tamaño de los bloques de programación.-

o OB. - Max. 8Kb o FB. - 128/ max. 8Kb o FC. - 128/ max. 8Kb o DB. - 127/ max. 8Kb

FIG. 3.8.2.1.- Fuente de alimentación

FIG. 3.8.3.1.- CPU 314



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• Bits de memoria.- 0 a 2048 (M0.0 a M255.7) • Contadores.- 0 a 63 con un rango de 0 a 999 • Timers.- 0 a 127 con un rango de 10ms a 9990 s. • Número total de entradas y salidas.- 1024. • Número total de canales analógicos.- Máximo 256 entradas o 128 salidas. • Numero de módulos por sistema.- 32 • Voltaje de alimentación.- 24 VCD. • Consumo de corriente.- 1 A.

3.8.4.-Módulos de señales.

Los módulos de señales son las interfaces del SIMATIC S7-300 con el proceso. Una amplia gama de módulos digitales y analógicos distintos ponen a disposición del usuario la cantidad exacta de entradas/salidas necesarias para la tarea correspondiente. Los módulos analógicos y digitales se diferencian en el número de canales, la gama de tensión y de corriente, el aislamiento galvánico, la capacidad de diagnostico y alarma, etc.

Para nuestro caso, se utilizaran tres tipos de módulos.

• Módulos de entradas digitales. • Módulos de salidas digitales. • Módulos mixtos de entradas y salidas analógicas.

Módulos de entradas digitales.- Debido a que en el proceso se tienen un total de 28 entradas digitales, se han seleccionado dos módulos con las mismas características, cada uno de los cuales posee 16 entradas digitales, como se detalla a continuación.

• Módulo de señal.- SM 321; DI16 x AC 120/230V. • Número de referencia.- 6ES7 321-1FH00-0AA0. • Número de entradas.- 16 • Tensión nominal de entrada.- 120/230VAC • Consumo.- Max. 29 mA.

1.- Número de canal.

2.- Indicador de estado. FIG. 3.8.4.1.- Módulo de entradas digitales.



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Módulos de salidas digitales.- Para el caso de los módulos de salidas digitales, hay que considerar que los elementos a gobernar por el PLC ascienden a un total de 27 dispositivos, para lo cual se han seleccionado dos módulos de 16 salidas cada uno quedando como sigue.

• Módulo de señal.- SM 322; DO16 x AC 120/230V/1A. • Número de referencia.- 6ES7 322-1FH00-0AA0 • Número de salidas.- 16 protegidas y con separación eléctrica en grupos de 8. • Intensidad de salida.- 1 A. • Tensión de carga nominal.- 120/230VAC • Consumo.- Max. 184 mA.

1.- Número de canal.

2.- Led’s de estado: verde

Indicador de error: rojo

Módulo mixto de señales analógicas.- Como ya se ha mencionado, dentro del proceso se tiene la necesidad de monitorear dos magnitudes de naturaleza fluctuante, así como manipular una tercera de la misma naturaleza. Para ello se ha seleccionado un modulo de señal analógico que convenientemente posee la característica tanto de poder recibir como de proporcionar señales de este tipo.

El modulo seleccionado ha sido el siguiente.

• Modulo de señal.- SM 334;AI4/AO2 • Número de referencia.- 6ES7 334-0KE00-0AB0 • Número de entradas.- 2 para medición de voltaje ó 4 para medición de resistencia.

FIG. 3.8.4.2.- Módulo de salidas digitales



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• Rango de lectura.- 0 a 10V/100Ω • Tiempo de digitalización.- 85ms • Resolución.- 12 bits • Número de salidas.- 2 • Rango de salida.- 0 - 10 V. • Resolución.- 12 bits. • Consumo 140 mA.

3.8.5.- Configuración del sistema de supervisión y control.

La configuración del PLC se hace basándose en las reglas del fabricante anteriormente descritas. Como resultado se tiene el siguiente arreglo.

FIG. 3.8.5.1.- Configuración del PLC en el Rack.

FIG. 3.8.5.2.- Direccionamiento de módulos

FIG. 3.8.4.3.- Módulo mixto de señales analógicas



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Tabla 3.8.5.1 .- Direccionamiento

Equipo Dirección Descripción

Ventilador de aire primario

E0.0 Sobrecarga E0.1 Termo-magnético. A8.0 Bobina de contactor K1 A8.1 Bobina de contactor K2 A8.2 Bobina de contactor K3

Ventilador de aire exhausto

E0.2 Sobrecarga E0.3 Termo-magnético. A8.3 Bobina de contactor K4 A8.4 Bobina de contactor K5 A8.5 Bobina de contactor K6

Protector de flama E0.4 Termo-magnético A8.6 Señal inicio de secuencia

Variador de frecuencia

E0.5 Relevador sobrecarga E0.6 Termo-magnético A8.7 Bobina contactor K7

PAW320 Señal analógica/control Sensor de temperatura de aire

exhausto PEW324 Señal analógica/medición

Sen de temp de aire primario PEW326 Señal analógica/medición Válvula de agua al

tanque/balance E0.7 Micro-switch de posición A9.0 Bobina de electroválvula

Válvula de producto tanque/balance

E1.0 Micro-switch de posición A9.1 Bobina de electroválvula

Válvula de alimentación/Gaulin E1.1 Micro-switch de posición A9.2 Bobina de electroválvula

Válvula de purga E1.2 Micro-switch de posición A9.3 Bobina de electroválvula

Válvula de retorno E1.3 Micro-switch de posición A9.4 Bobina de electroválvula

Válvula de boquillas (1-2) E1.4 Micro-switch de posición A9.5 Bobina de electroválvula





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Equipo Dirección Descripción



Sistema de rastras E4.1 Sobrecarga E4.2 Termo-magnético A12.2 Bobina de contactor K8

Cernidor E4.3 Sobrecarga E4.4 Termo-magnético A12.3 Bobina de contactor K9

Transportador helicoidal #1 E4.5 Sobrecarga E4.6 Termo-magnético A12.4 Bobina de contactor K10

Transportador helicoidal #2 E4.7 Sobrecarga E5.0 Termo-magnético A12.5 Bobina de contactor K11

Vibrador sónico #1 A12.6 Bobina de electroválvula Vibrador sónico #2 A12.7 Bobina de electroválvula Vibrador sónico #3 A13.0 Bobina de electroválvula Vibrador sónico #4 A13.1 Bobina de electroválvula Vibrador sónico #5 A13.2 Bobina de electroválvula

Tablero de control E5.1 Botón de arranque E5.2 Botón de paro E5.3 Paro de emergencia



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3.8.6.- Diagramas de conexiones.

De forma un tanto general, la instalación del PLC debe contar con un dispositivo que lo proteja tanto de fluctuaciones de voltaje en la línea, como de posibles cortos que puedan dañar el PLC. Por otra parte, es conveniente contar con una unidad suministradora de energía (UPS) para el caso de una falla en el suministro de la red. Esto a fin de respaldar tanto la programación del PLC como los datos que durante su ejecución se hayan generado.

FIG. 3.8.6.1.- Esquema de conexión del PLC a la red.

FIG. 3.8.6.2.- Diagrama de conexiones de los dispositivos de entrada.

N REGULADOR PLC L

UPS

PROCESO



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Cabe recordar, que las líneas de alimentación de corriente alterna usadas tanto para las entradas como para las salidas, deben provenir de la fuente reguladora a fin de disminuir los riesgos de daño al equipo.

FIG. 3.8.6.3.- Diagrama de conexión de los dispositivos de salida.

FIG. 3.8.6.4.- Diagrama de conexión de señales analógicas.



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3.8.7.- Programación en KOP de la secuencia de operación del deshidratador de huevo.

La programación que se realizara, estará basada principalmente en la secuencia de operación definida en la sección 3.1 de este capítulo.

Con propósitos de organización, se programara en base a llamados de subrutinas, las cuales contendrán las instrucciones a ejecutar.

3.8.7.1.- Bloque de organización principal OB1.

3.8.7.2.- Bloque de función 1 ”arranque”

Segmento 1

Segmento 2



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Segmento 3.

Segmento 4.

3.8.7.3.- Bloque de función 2 “operación y ajuste”.

Segmento 1.

Segmento 2.

Segmento 3.



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Segmento 4.

Segmento 5.

Segmento 6.

Segmento 7

Segmento 8.



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Segmento 9.

Segmento 10.

Segmento 11.

Segmento 12.



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Segmento 13.

3.8.7.4.- Bloque de función 3 “Monitoreo de alarmas”

Segmento 1.

Segmento 2.

Segmento 3.

Segmento 4.



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Segmento 5.

Segmento 6.

3.8.7.5.- Bloque de función 4 “Ventiladores y quemador”

Segmento 1.



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Segmento 2.

Segmento 3

3.8.7.6.- Bloque de función 5 “lectura de termopares”

Segmento 1.



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Segmento 2.

Segmento 3.

Segmento 4.

3.8.7.7.- Bloque de función 6 “Electroválvulas y Gaulin”

Segmento 1.



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Segmento 2.

Segmento 3.

3.8.7.8.- Bloque de función 7 “Equipos auxiliares”

Segmento 1.



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Segmento 2.



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3.8.7.9.- Bloque de función 8 “Monitoreo”

Segmento 1.

Segmento 2.

Segmento 3.



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Segmento 4.

Segmento 5.

Segmento 6.

Segmento 7.

Segmento 8.

Segmento 9.



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Segmento 10.

Segmento 11.

Segmento 12

Segmento 13.

Segmento 14.

Segmento 15.



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Segmento 16.

Segmento 17.

Segmento 18.

Segmento 19.

Segmento 20.

Segmento 21.



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Segmento 22.

Segmento 23.

Segmento 24.

Segmento 25.

Segmento 26.

Segmento 27.

Segmento 28.



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Segmento 29.

Segmento 30.

Segmento 31.

Segmento 32.

Segmento 33.



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Segmento 34.

Segmento 35.

Segmento 36.

Segmento 37.

Segmento 38.



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Segmento 39.

3.8.7.10.- Bloque de función 9 “secuencia de apagado 1”

Segmento 1.

Segmento 2.



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Segmento 3.

Segmento 4.


Segmento 1.


Segmento 1.



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Segmento 2.

Segmento 3.


Segmento 1.

Segmento 2.



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3.8.7.14.- Bloque de función 13 “condicionantes de temperatura”

Segmento 1.

Segmento 2.

Segmento 3.

Segmento 4.

Segmento 5.



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Segmento 6.

Segmento 7.

Segmento 8.

Segmento 9.

Segmento 10.



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Segmento 11.

Segmento 12.

Segmento 13.

3.8.7.15.- Bloque de función 14 “Activación de válvulas”

Segmento 1.



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Segmento 2.

Segmento 3.



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Segmento 4.

Segmento 5.

Segmento 6.



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Segmento 7.

Segmento 8.

Segmento 9.

Segmento 10.



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3.8.7.16.- Bloque de función 15 “control de Gaulin”

Segmento 1.

Segmento 2.

Segmento 3.



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Segmento 4.

Segmento 5.

Segmento 6.



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Segmento 7.

3.8.7.17.- Bloque de función 16 “Reset”

Segmento 1.

Segmento 2.

Segmento 3.



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Segmento 4.

Segmento 5.

Segmento 6.

Segmento 7.



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Segmento 8.

Segmento 9.



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Capítulo IV: Estudio económico Página 105

CAPITULO IV.- ESTUDIO ECONÓMICO

Durante la preparación y evaluación de proyectos, surgen diversos factores que generan gran cantidad de información económica la cual debe de ser ordenada, cuantificada e interpretada a fin de definir los montos de beneficios financieros en base a las inversiones y costos de operación en que se incurrirá.

La realización de un estudio económico debe ser considerado de grado imperativo, ya que para cualquier inversión debe de tenerse cierto grado de seguridad, pudiendo concretar de esta forma la autorización para su realización, o en caso contrario su desaprobación.

En general, la mayor parte de las inversiones se deben efectuar antes de la puesta en operación del proyecto, sin embargo también pueden considerarse costos extras durante la operación, como lo es el mantenimiento e inclusive posibles aumentos en la capacidad instalada en la infraestructura del mismo.

Para el caso de la proyección financiera de la presente tesis, se consideraran todas aquellas inversiones que se puedan realizar antes de la etapa de operación, siendo estos de forma general la adquisición de activos fijos y activos diferidos.

4.1.- Activos fijos

Los activos fijos, se conforman por la compra de maquinaria, equipo e infraestructura, tomando en cuenta que esta inversión debe ser recuperada a través de su depreciación.

Tabla 4.1.1.- Activos fijos a adquirir.

Descripción cantidad Precio unitario total

Micromaster 440 Gaulin 6SE6440-2UD32-2DA1 1 $60,000 $60,000

Contactor S3 para 80A Gaulin y V.A.P 4 $7,000 $28,000

Contactor S00 para 9A Equipos aux 4 $486 $1,944

Contactor S3 para 115A V.A.E. 3 $12,700 $38,100 Termo magnético 7 A Equipos aux 4 $1,000 $4,000



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Termo magnético 100A Gaulin, VAP y VAE 3 $1,500 $4,500

Sobrecarga 7-10 A Equipos aux 4 $724 $2,896 Sobrecarga S3 45-63A VAP 1 $3,000 $3,000 Sobrecarga S3 70-90A 1 $3,500 $3,500 Termopar tipo K 2 $100 $200 Transmisor de señal para termopar 2 $2,200 $4,400

Valvula HABONIM H27 espreas 10 $3,000 $30,000 Válvula retorno HABONIM D47 1 $3,500 $3,500 Válvula alimentación de agua a T. Balance c/actuador neumatico 1 $2,700 $2,700

Válvula alimentación producto a T. Balance c/actuador neum 1 $8,000 $8,000

Válvula de purga c/act neum 1 $2,700 $2,700 Batería p/14 válvulas festo 1 $6,000 $6,000 Electroválvulas de tres vías 14 $500 $7,000 Fuente de alimentación PS 307; 2ª 1 $3,027 $3,027

CPU 314 para PLC S7-300 1 $11,600 $11,600 Módulos de entradas digitales 2 $6,400 $12,800 Módulos de salidas digitales 2 $9,849 $19,698 Módulo mixto de señales analógicas 1 $12,000 $12,000

Filtro regulador de aire 1 $1,000 $1,000

Total $270,565

4.2.- Activos diferidos

Por otra parte, los servicios y derechos adquiridos que permiten la puesta en operación del proyecto son activos diferidos con la facultad de amortizarse. Dentro de estos activos diferidos, podemos encontrar los derechos de patentes, inversiones en desarrollo tecnológico, gastos administrativos del proyecto, gastos de puesta en operación, capacitación inicial, adquisición de sistemas informáticos pre operativos, etc.



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Tabla 4.2.1.- Activos diferidos a adquirirse.

Software $23,600 Capacitación (6 personas por 1 sem) $18,000

Gastos de diseño del proyecto (1 ingeniero 2 meses) $150,000

Gastos de instalación (3 electromecánicos 2 semanas) $80,000

Total $271,600

4.3.- Estimación de costos de producción.

Por otra parte, a fin de justificar la realización de un proyecto de innovación tecnológica, como es el de la presente tesis, ha de tomarse en cuenta el impacto que generaría sobre la productividad de la empresa, comparándola con los resultados que se obtienen sin este. Para ello se consideran diversos factores que en su momento se relacionan ya sea directa o indirectamente con el proceso a modificar.

Al examinar la actividad de una empresa, se puede observar que durante su operación incurre en ciertas actividades que demandan por parte de ella la aportación de bienes monetarios. A grandes rasgos, al momento de relacionarse con sus proveedores, se suscita un costo de compra de materias primas, mismas que por lo habitual pueden generar un costo de manufactura o fabricación para el caso en que se creen productos terminados, en donde la mano de obra añadida y los gastos generales de fabricación le agregan valor. Por último se tienen todos aquellos costos generados tras la realización de actividades enfocadas a la venta de dicho producto.

Para propósitos de contabilidad de costos, los insumos utilizados en un proceso de producción se pueden clasificar en tres tipos: materia prima, mano de obra directa y gastos generales de fabricación. La suma de estos tres elementos se llama costo de fabricación o costo de producción.

Materia prima.- los insumos adquiridos para utilizarlos como materia prima en los procesos de producción se conocen también como materiales. Los materiales directos forman parte del producto final; se pueden medir en los productos fabricados con ellos o se pueden identificar con facilidad como parte de los productos terminados.



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Los materiales que no se pueden identificar directamente con el producto, pero que se utilizaron durante el proceso de producción, se integran y forman parte de los gastos generales de fabricación.

Con la finalidad de hacer un análisis sencillo y a la vez convincente se ha optado por concentrarse en la evaluación de costos generados por las pérdidas, para finalmente utilizar estos datos en la amortización de los activos fijos y diferidos adquiridos para la realización del proyecto de innovación tecnológica del proceso.

Tomando esto en consideración, y sabiendo que al inicio de operación del deshidratador de huevo, se obtiene una merma de aproximadamente 1000kg de huevo líquido pasteurizado, durante un lapso que oscila entre 30 minutos y 1 hora, que es el tiempo en que los operarios logran estabilizar el equipo, y que además es común que el equipo opere continuamente hasta por 24 horas sin contar que durante su operación normal, se debe seguir monitoreando y corrigiendo sus parámetros, lo cual genera la posibilidad de incrementar la cantidad de mermas por jornada de trabajo.

Tabla 4.3.1.- Monto de materia prima perdida.

Materia prima Cantidad Costo unitario Costo por jornada

Costo semanal

Huevo líquido pasteurizado 1000 9 9,000 54,000

Mano de obra directa e indirecta.- El trabajo del hombre aplicado a los materiales directos con el propósito de transformarlo en un producto o servicio para venderlo al consumidor, se llama mano de obra directa, por otro lado, cuando el personal del área de manufactura realiza algunas actividades que no inciden directamente en transformación, como la limpieza de las instalaciones, el traslado de material de una estación de trabajo a otra, el personal de control de producción, etc. Generan otro tipo de costo denominado mano de obra indirecta y también forma parte de los gastos generales de fabricación. La suma de los costos por materia prima y mano de obra directa se conoce como costo primo o costo primario.

Para el caso de los costos incurridos por mano de obra directa resultantes durante la generación de las mermas, se desglosa de la manera siguiente:



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Tabla 4.3.2.- Costo de mano de obra directa aplicada a las mermas.

Empleados Sueldo hora Costo semanal Operario Deshidratador $60 $360

Ayudante general $25 $150 Total $510

Gastos generales de fabricación.- todos los costos de fabricación que no se pueden clasificar como materia prima o mano de obra directa se llaman costos generales de fabricación. El manejo de materiales y los sub-ensambles dentro de la fábrica, la supervisión de la producción, la depreciación de las instalaciones fabriles, la amortización de las inversiones en investigación e innovación tecnológica, así como los seguros de la planta, son ejemplos típicos de este tipo de costos. La suma de los costos por mano de obra directa y los gastos generales de fabricación se denomina costo de transformación o valor agregado del costo total de un producto o servicio. En el proceso normal de operación de una empresa, una vez que se fabrica un producto hay que comercializarlo; esto es, efectuar un conjunto de actividades que permitan ponerlo a disposición de los consumidores para su venta. Esto supone incurrir en gastos de ventas, gastos de administración y gastos financieros. La suma de estos tres conceptos se denomina gastos de operación.

Debido a la variabilidad de los costos generales de fabricación concebidos durante la estabilización del equipo, solamente se tomaran en cuenta los de mayor trascendencia para el proceso.

Tabla 4.3.3.- Costos generales de fabricación suscitados tras la producción de mermas.

Costos generales de fabricación

Monto consumido Costo unitario Costo por

jornada (24 hrs) Costo semanal

Gas natural 30 m3 $2.31 $69.3 $415.8 Electricidad 59.68kwh $2.04 $121.7 $730.5 Limpieza de instalaciones 1 hr $15 $15 $90

Operador de montacargas 1 hr $35 $35 $210

Electro-mecánico 1 hr $37 $37 $222 Supervisor Producción 1 hr $40 $40 $240

Supervisor de control de calidad 1 hr $40 $40 $240

Total $2,147



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4.4.- Análisis de factibilidad del proyecto.

Un análisis de factibilidad económica facilita a las empresas la toma de decisiones relativa a la realización del proyecto de inversión en el corto, mediano y largo plazo, dado que argumenta la utilización de recursos productivos y los rendimientos esperados de un intento de inversión, con lo cual permite a los responsables del proyecto emitir juicios de valor para tomar mejores decisiones.

Los activos fijos y diferidos desglosados recientemente pueden ser considerados para este análisis como recursos productivos y los ahorros por costos de producción de mermas serán considerados como los rendimientos ofrecidos por el proyecto.

De acuerdo a esto, se puede desprender el siguiente razonamiento:

• Con el equipo trabajando en las condiciones actuales se tienen pérdidas semanales de aproximadamente $56,657, resultado de la suma de todos los costos de producción en que se incurre durante la estabilización del equipo.

• El costo total por innovación del equipo asciende a $542,165. Derivado de la adquisición de activos fijos y diferidos.

• El proyecto de automatización diseñado ofrece una estabilización del equipo en no más de 10 minutos por lo que la reducción de mermas alcanza un 83%.

• El ahorro prometido por el proyecto es del 83% de las pérdidas totales, dando un monto de $47,214 semanales.

• Si se afronta directamente el ahorro contra la inversión por innovación se puede deducir que el proyecto se solventaría en tan solo 12 semanas.

En base a la información económica de beneficios y costos obtenida con anterioridad, tenemos un esquema general de la viabilidad del proyecto en el que se estima un incremento en la eficiencia del equipo, tal que disminuya hasta en un 83% la cantidad de pérdidas económicas concebidas durante el proceso.

Dada la disminución de mermas generadas por el deshidratador de huevo, se hace notable el incremento en las utilidades suscitadas al final del periodo de fabricación, en el que el análisis del estado financiero de la empresa definirá los arreglos financieros necesarios para solventar el proyecto.



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Conclusiones Página 111

CONCLUSIONES

La aplicación de técnicas de automatización ha adquirido un gran auge en el sector industrial, tal es así que ya no es posible mantener separadas las disciplinas tanto de la mecánica como de la electrónica. Siendo éste el caso de la presente tesis, ya que para su elaboración se tuvieron que recurrir a conocimientos y habilidades de algunas disciplinas tales como la termodinámica y el control de motores de corriente alterna que son propias de la carrera de ingeniería mecánica, pero que sin lugar a dudas fue necesario aplicar adiestramientos del ramo de la electrónica para lograr un control más refinado del proceso en cuestión.

Gracias a la aplicación de ambas técnicas se pudo ofrecer una propuesta de automatización para el proceso de producción de huevo en polvo que no solo proporcione un control automático del mismo, sino que además asegure su eficiencia, ya que al tener un mayor control del proceso es posible reducir en gran medida las pérdidas monetarias en que incurre la empresa.

Como se pudo demostrar en el estudio económico, la realización del proyecto es totalmente factible ya que los costos de innovación tecnológica en que se incurrirá son recuperados en su totalidad al compararlos con los montos de los beneficios financieros obtenidos. Al mismo tiempo, al poseer un tiempo relativamente corto de recuperación, se hace más probable la autorización ya que se puede contar con una gran variedad de métodos de solvencia para el proyecto.



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Anexos Página 112

Anexo I.- Corriente eléctrica a plena carga de motores trifásicos de c.a.

KW CP Motor de inducción jaula de ardilla y rotor devanado (A)

Motor síncrono con factor de potencia unitario (A)

Voltaje de alimentación 115 200 208 230 460 575 2300 230 460 575 2300

0.373 ½ 4.4 2.5 2.4 2.2 1.1 0.9 0.560 ¾ 6.4 3.7 3.5 3.2 1.6 1.3 0.746 1 8.4 4.8 4.6 4.2 2.1 1.7 1.119 1-1/2 12.0 6.9 6.6 6.0 3.0 2.4 1.49 2 13.6 7.8 7.5 6.8 3.4 2.7 2.23 3 11.0 10.6 9.6 4.8 3.9 3.73 5 17.5 16.7 15.2 7.6 6.1 5.6 7-1/2 25.3 24.2 22 11 9 6.46 10 32.2 30.8 28 14 11 11.19 15 48.3 46.2 42 21 17 14.92 20 62.1 59.4 54 27 22 53 26 21 18.65 25 78.2 74.8 68 34 27 22.38 30 92 88 80 40 32 63 32 26 29.84 40 120 114 104 52 41 83 41 33 37.3 50 150 143 130 65 52 104 52 42

KW CP Motor de inducción jaula de ardilla y rotor devanado (A)

Motor síncrono con factor de potencia unitario (A)

Voltaje de alimentación 115 200 208 230 460 575 2300 230 460 575 2300

44.76 60 177 169 154 77 62 16 123 61 49 12 55.95 75 221 211 192 96 77 20 155 78 62 15 74.60 100 285 273 248 124 99 26 202 101 81 20 93.25 125 359 343 312 156 125 31 253 126 101 25 119.9 150 414 396 360 180 144 37 302 151 121 30 149.2 200 552 528 480 240 192 49 400 201 161 40 186.5 250 302 242 60 223.8 300 361 289 72 261.1 350 414 336 83 298.4 400 477 382 95 335.7 450 515 412 103 373 500 590 472 118

Para factores de potencia de 90% y 80%, las cantidades anteriores deben multiplicarse por 1.1 y 1.25 respectivamente.



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Anexos Página 113

Anexo II.- Tabla de selección de contactores SIEMENS SIRIUS 3RT.



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Anexos Página 114

Anexo III.- Porciento de corriente a plena carga para los dispositivos de protección de corto circuito.

Tipo de motor

Porciento de corriente a plena carga Fusibles Interruptores

Doble elemento de retardo Tipo instantáneo Con límite de

tiempo Tipo instantáneo Todos los motores monofásicos, polifásicos, jaula de ardilla y síncronos con arranque a tensión reducida con resistencias o reactancias a tensión plena.

300 175 700 250

Todos los motores jaula de ardilla y síncronos

con arranque con autotransformador.

No más de 30 amperes 250 175 700 200 Más de 30 amperes 200 175 700 200

Motores jaula de ardilla de alta reactancia:

No más de 30 amperes 250 175 700 200 Más de 30 amperes 200 175 700 200

Motores de rotor devanado 150 150 700 150

Motores de corriente continua 150 150 250 150

No más de 50 H.P. 150 150 175 150 Más de 50 H.P. 150 150 175 150



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Anexos Página 115

Anexo IV.- Tabla de selección de interruptores magnéticos Mag-Gard.



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Anexos Página 116



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Anexos Página 117

Anexo V.- Tabla de selección para relevadores bimetálicos trifásicos SIRIUS 3RU.



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Anexos Página 118

Anexo VI.- Tabla de selección para válvulas HABONIM.



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Bibliografía Página 119

BIBLIOGRAFÍA.

• Productos de distribución y control, Catalogo compendiado No 31 SQUARE D M.R. por schneider electric.

• Manual micromaster 440, SIEMENS AG, 1ra edición 2001. • Catalogo 2004 SIEMENS, baja tensión, control instalación y automatización. • Catalogo electroválvulas/válvulas neumáticas VSVA, ISO 15407-1, por FESTO. • Manual SIEMENS ST 70 2003, SIMATIC S7-300. • Manual de producto, sistema de automatización S7-300: datos de los módulos,

SIEMENS AG 2011. • Catalogo HABONIM, válvulas de bola de alta presión, serie H27. • Catalogo P-120 HABONIM, válvulas de 3,4 y 5 vías, serie 61P/62P. • Catalogo T-624 HABONIM, sellos para válvulas. • Manual de instalación, operación y mantenimiento para actuador neumático

COMPACTII de las series: C15, C20, C25, C30, C35, C45, C60 y C75, por HABONIM.

• Manual de transmisor de señal serie SZ109TC, por JMindustrial technology S.A. de C.V.

• Ensambles de propósito general de la serie 100, por JMindustrial technology S.A. de C.V.

• Instrumentación industrial, Antonio Creus Solé, 8ª edición, Edit.- ALFAOMEGA. • Costos y evaluación de proyectos, José Eliseo Ocampo, 1ª edición 2002, editorial

CECSA. • Marks Manual del ingeniero mecánico, Eugene A. Avallone, Theodore Baumeister, 9ª

edición 2007, editorial McGraw-Hill. • Manual elementos básicos de control. • Manual métodos de arranque. • Manual control de motores eléctricos.

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