UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica

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1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA PRODUCCIÓN DE DESINFECTANTES DE UNA PLANTA DE DETERGENTES Por José Manuel Gutiérrez Machado Sartenejas, diciembre de 2006

2 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA PRODUCCIÓN DE DESINFECTANTES DE UNA PLANTA DE DETERGENTES Por José Manuel Gutiérrez Machado Realizado con la Asesoría de Prof. Gerardo Fernández Ing. Abraham Uzcategui Informe final de Cursos de Cooperación técnica y desarrollo social Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar Como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico Sartenejas, diciembre de 2006 ii

3 DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA PRODUCCIÓN DE DESINFECTANTES DE UNA PLANTA DE DETERGENTES PROYECTO DE GRADO presentado por José Manuel Gutiérrez Machado RESUMEN El presente estudio expone el diseño de un sistema automatizado de instrumentación y control supervisorio para la etapa de mezclado del proceso de manufactura de desinfectantes de la planta de Procter & Gamble de Venezuela ubicada en la ciudad de Barquisimeto, estado Lara. La etapa de mezclado cuenta con 12 pipas de materias primas (MP), una balanza de pesado, 7 recipientes con colorantes, 2 entradas de agua, 12 tanques de premedidas (TPM), 2 tanques mezcladores y 4 tanques de almacenamiento (TA). Las MP se miden de forma visual en los TPM, se combinan en los mezcladores con el agua, la cual se mide directamente en los mezcladores también de forma visual, y se almacenan en los TA; todo de forma manual. El diseño de la instrumentación implica sólo 2 TPM con 2 celdas de carga y un terminal de pesado por tanque, donde se unan las MP para luego ser mezcladas; estos recipientes son limpiados después de cada batido con un rociador cada uno. El agua se cuantifica por medio de medidores de flujo. Las válvulas manuales son cambiadas por neumáticas accionadas por electro válvulas y el colorante se continua adicionando de forma manual. El diseño básico del sistema de control implica una arquitectura de dos ordenadores y un PLC conectados en una red local Ethernet de supervisión; y una red de control 4-20mA que conecta al controlador con los dispositivos de la instrumentación. Finalmente se desarrolló en LabView 8.0 de National Instruments, un simulador de la propuesta. Se demostró una reducción del tiempo de batido del 36% lo cual implica un aumento de capacidad del proceso del 50%. Esto reducirá pérdidas de materiales y aumentará las ganancias de la compañía; además aumentará el tiempo entre fallas de la operación y la seguridad de los operadores. PALABRAS CLAVES Control, Desinfectantes, Automatización, SCADA, Proceso. Sartenejas, diciembre de 2006 iii

4 DEDICATORIA A mis Padres, José Manuel Gutiérrez Lugo y Xiomara Machado. A mis Hermanos, Jesxi Gonzalez, Dorian Gonzalez, Dusftin Gonzalez y Carlos David Gutiérrez. A mi novia, Zully Viviana Moreno. iv

5 AGRADECIMIENTOS A Dios por brindarme apoyo en todo momento. A la Universidad Simón Bolívar por formarme. pasantía. A Procter & Gamble de Venezuela por la oportunidad brindada para el desarrollo de la A Nohaly Pérez, Dorian Gonzalez, Gerardo Rosas, Mario Escalante, Felix Rodríguez, Zully Moreno, por el soporte invaluable brindado durante mi carrera. A mis tías Nelly y Gladys Machado y a mi prima Loana Machado por el soporte brindado durante mi pasantía. Al profesor Gerardo Fernández por su invaluable apoyo durante mi carrera. A mi tutor Ing. Abraham Uzcategui por el soporte brindado. Al Grupo Escalera por los conocimientos y experiencias brindadas. A todos los profesores del departamento de Ingeniería Electrónica por brindar sus conocimientos. brindado. A los Ingenieros Jhonny Castro, Alfredo Cañizales y Ernesto Mendoza por el soporte brindado. A Lucía Carniello y Reyna Román, líderes del departamento de líquidos por el soporte A los empleados del departamento de líquidos y del departamento de finanzas por el soporte brindado. v

6 ÍNDICE CAPÍTULO I 1 INTRODUCCIÓN PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES OBJETIVOS ESPECÍFICOS HIPÓTESIS 6 CAPÍTULO II 7 LA EMPRESA HISTORIA FUNCIÓN DE PROCTER & GAMBLE DE VENEZUELA PRODUCCIÓN COMERCIALIZACIÓN FINANCIAMIENTO APROVISIONAMIENTO MISIÓN VISIÓN VALORES NUESTRA GENTE LIDERAZGO PROPIEDAD INTEGRIDAD PASIÓN POR GANAR CONFIANZA PRINCIPIOS ORGANIZACIÓN 13 CAPÍTULO III 16 MARCO TEÓRICO DESINFECTANTES LÍQUIDOS PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN PARA LA ELABORACIÓN DE LIMPIADORES DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 22 vi

7 SISTEMA DE CONTROL MICROBIOLÓGICO DEL AGUA SISTEMA DE MEZCLADO SISTEMA DE ALMACENAJE DEL PRODUCTO LAYOUT CONTROL SUPERVISORIO SISTEMAS SCADA ADQUISICIÓN DE DATA COMUNICACIÓN DE DATA A TRAVÉS DE REDES PRESENTACIÓN DE LA DATA CONTROL ANTECEDENTES 45 CAPÍTULO IV 46 MARCO METODOLÓGICO METODOLOGÍA DE DISEÑO PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DISEÑO DEL PROYECTO 47 Visualización 47 Conceptualización 47 Definición PUESTA EN MARCHA DEL PROYECTO 48 Implementación 48 Operación 48 Mantenimiento CRONOGRAMA DEL PROYECTO NORMAS DE CALIDAD NORMAS DE SEGURIDAD 50 CAPÍTULO V 51 SISTEMA SCADA PARA EL PROCESO DE MANUFACTURA DE LIMPIADORES OPERACIÓN DEL PROCESO CONTROL MICROBIOLÓGICO DEL AGUA MEZCLADO ALMACENAJE DEL PRODUCTO OTROS PROCEDIMIENTOS CRITERIOS DE DISEÑO FUNCIÓN CALIDAD COSTOS RECETAS EQUIPOS DISPONIBLES BCT 67 vii

8 5. 3 PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DISEÑO EN DETALLE DE LA INSTRUMENTACIÓN DEL PROCESO ADICIÓN DE MATERIAS PRIMAS ADICIÓN DE AGUA UN PREPESADO POR CADA BATCH CON ADICIÓN DE AGUA POR MEDICIÓN DE FLUJO Y ADICIÓN DE COLORANTE MANUAL 89 Justificación de la propuesta 90 Especificaciones de los equipos 90 Celdas de carga 92 Terminales de pesado 95 Medidores de flujo 96 Electro válvulas 97 Válvulas Neumáticas 99 Spray balls 100 Relay 101 Diagrama de instrumentación del proceso 102 Especificaciones de cableado 107 Ubicación de equipos y de cableado 108 Requerimientos del usuario (RU) Diagramas de estado 111 Sistema de alarmas 111 Costo de la instrumentación del sistema automatizado DISEÑO BÁSICO DEL SISTEMA DE CONTROL ARQUITECTURA DEL SISTEMA SOFTWARE DEL CONTROLADOR REDES SOFTWARE EQUIPOS REQUERIDOS Y COSTOS ESTIMADOS SIMULADOR DE LA PROPUESTA DESCRIPCIÓN 122 CAPÍTULO VI 130 RESULTADOS Y ANÁLISIS RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LAS SIMULACIONES DEL SISTEMA 130 CAPÍTULO VII 136 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES RECOMENDACIONES 140 CAPÍTULO VII 141 viii

9 BIBLIOGRAFÍA 141 GLOSARIO 143 APÉNDICE A 145 APÉNDICE B 152 APÉNDICE C 161 APÉNDICE D 164 APÉNDICE E 170 ix

10 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Presentación de las materias primas 26 Tabla 2: Características de los tanques de premedidas 27 Tabla 3: Características de las tuberías que conectan las materias con los tanques 27 Tabla 4: Características sanitarias de las tuberías 28 Tabla 5: Características de las bombas 29 Tabla 6: Características de las válvulas 29 Tabla 7: Características del sistema de aire comprimido 29 Tabla 8: Características de las tuberías de adición de agua 30 Tabla 9: Características de los tanques de mezclado 30 Tabla 10: Características de las válvulas que conectan los tanques de premedidas con los mezcladores 31 Tabla 11: Características de las tuberías de transferencia a los tanques de almacenamiento 32 Tabla 12: Característica de la bomba de transferencia de producto a los tanques de almacenamiento 32 Tabla 13: Características de los tanques de almacenamiento 34 Tabla 14: Especificaciones técnicas de los sensores de nivel de los tanques de patio 34 Tabla 15: Tiempos de las actividades de la operación del análisis micro del agua 54 Tabla 16: Tiempos de las actividades de control de variables del agua 54 Tabla 17: Tiempos de actividades de elaboración de limpiadores no cítricos 61 Tabla 18: Tiempos de actividades de elaboración de limpiadores cítricos 63 Tabla 19: Tiempos de las actividades para transferir el producto a los tanques de patio 65 Tabla 20: Separación del BCT de las versiones no cítricas 68 Tabla 21: Actividades que dependen del operador para las versiones no cítricas 68 Tabla 22: Separación del BCT de las versiones no cítricas 69 Tabla 23: Actividades que dependen del operador para las versiones cítricas 69 Tabla 24: Variables a controlar por el sistema 71 Tabla 25: Variables que no requieren sensores 73 Tabla 26: Tipos de sensores evaluados para la premedidas de las materias primas 76 Tabla 27: Propuestas de instrumentación para la variable de adición de las materias primas. 78 Tabla 28: Propuesta mejorada para la medición de las materias primas 81 Tabla 29: Propuestas para la adición de agua a los mezcladores 85 Tabla 30: Propuestas para la instrumentación del pesaje del colorante 87 Tabla 31: Especificaciones de las celdas de carga 93 Tabla 32: Información del cableado 94 Tabla 33: Especificaciones técnicas de los tanques de premedidas 94 Tabla 34: Especificaciones técnicas de la caja de conexiones 94 Tabla 35: Especificaciones de los terminales de pesado 95 Tabla 36: Especificaciones del trasmisor del medidor de flujo 96 Tabla 37: Especificaciones de las electro válvulas (sin el solenoide) 99 Tabla 38: Dimensiones de la válvula neumática 99 Tabla 39: Dimensiones del actuador neumático 100 Tabla 40: Especificaciones técnicas de las spray balls 101 Tabla 41: Especificaciones del relay de la lámpara UV 102 Tabla 42: Especificaciones de cables #22 AWG 107 Tabla 43: Especificaciones de cables #14 AWG 108 x

11 Tabla 44: Lista de componentes de la instrumentación del proceso 115 Tabla 45: Resultado de las simulaciones para las versiones no cítricas 131 Tabla 46: Resultados experimentales del BCT en ambos mezcladores 131 Tabla 47: Tiempos de manufactura de limpiadores para ambas versiones 132 Tabla 48: Estudio comparativo de capacidad para las versiones no cítricas 133 Tabla 49: Estudio comparativo de capacidad para las versiones no cítricas 134 Tabla 50: Requerimientos del usuario para versiones no cítricas 152 Tabla 51: Requerimientos del usuario para versiones cítricas 157 Tabla 52: Características de los proyectos de reducción de pérdidas 188 Tabla 53: Reuniones de seguimiento de loss analysis 196 Tabla 54: Reportes de loss analysis 197 Tabla 55: Nuevos campos de los proyectos con sus descripciones 211 xi

12 ÍNDICE DE FIGURAS Fig. 1: Organigrama general de Procter & Gamble, planta Barquisimeto. 13 Fig. 2: Organigrama del departamento de ingeniería de la planta de Barquisimeto. 14 Fig. 3: Organigrama del departamento de líquidos de la planta de Barquisimeto. 15 Fig. 4: Transformaciones para elaborar desinfectantes no cítricos. 19 Fig. 5: Transformaciones para elaborar desinfectantes cítricos. 21 Fig. 6. Esquema del sistema de control microbiológico de agua del proceso de manufactura de desinfectantes. 22 Fig. 7: Fronteras del control microbiológico de agua. 23 Fig. 8: Esquema del sistema de mezclado del proceso de manufactura de desinfectantes. 25 Fig. 9: Esquema del espacio de materias primas del sistema de mezclado. 25 Fig. 10: Esquema de los tanques de premedida del sistema de mezclado. 26 Fig. 11: Esquema de los mezcladores del sistema de mezclado. 30 Fig. 12: Fronteras de la etapa de mezclado de elaboración de limpiadores. 32 Fig. 13: Esquema del Sistema de almacenaje del producto. 33 Fig. 14: Fronteras de la etapa de almacenaje de la elaboración de limpiadores. 35 Fig. 15: Fronteras del sistema de manufactura de limpiadores. 35 Fig. 16: Esquema del layout del proceso. 36 Fig. 17: Vista horizontal de la etapa de mezclado. 37 Fig. 18: Pasos del planteamiento del problema. 46 Fig. 19: Pasos del diseño del proyecto. 47 Fig. 20: Pasos de la puesta en marcha del proyecto. 48 Fig. 21: Diagrama de flujo 1 del operador para el control microbiológico del agua. 52 Fig. 22: Diagrama de flujo 2 del operador para el control microbiológico del agua. 52 Fig. 23: Diagrama de bloques de la operación del mezclado de versiones no cítricas. 56 Fig. 24: Modelo de los tanques de la operación. 56 Fig. 25: Diagrama de flujo de la adición de las materias primas en el tanque principal. 57 Fig. 26: Procedimiento para agregar colorante al Batch. 58 Fig. 27: Procedimiento a seguir l encontrar un parámetro fuera de estándar. 59 Fig. 28: Diagrama de bloques de la operación del mezclado de versiones cítricas. 60 Fig. 29: BCT de las versiones no cítricas. 62 Fig. 30: BCT de las versiones cítricas. 63 Fig. 31: Proceso de transferencia del producto a los tanques de almacenamiento. 64 Fig. 32: Diagrama de flujo de la operación de la etapa de mezclado con el sistema automatizado. 72 Fig. 33: Diagrama del control para la UVL 74 Fig. 34: Diagrama del control de la adición de las materias primas 75 Fig. 35: Diagrama de control de la transferencia de productos a los tanques de patio. 75 Fig. 36: Diagrama de flujo del nuevo proceso de elaboración con la propuesta de instrumentación mejorada. 83 Fig. 37: Esquema de control para la adición de agua. 86 Fig. 38: Diagrama de flujo corregido de la operación de la etapa de mezclado con el sistema automatizado. 89 Fig. 39: Dimensiones de las celdas de carga. 93 Fig. 40: Dimensiones físicas del medidor de flujo. 97 Fig. 41: Encendido de la válvula neumática. Electro válvula energizada. 98 xii

13 Fig. 42: Apagado de la válvula neumática. Estado normal de la electro válvula. 98 Fig. 43: Electro válvula a la izquierda y el solenoide de la misma a la derecha. 98 Fig. 44: Válvula tipo mariposa. 99 Fig. 45: Actuador neumático. 100 Fig. 46: Disposición en tanque y patrón de rociamiento de las spray balls, 101 Fig. 47: Medidas del relay de la lámpara UV 102 Fig. 48: Relay de la lámpara UV 102 Fig. 49: Diagrama ½ de instrumentación del proceso. 104 Fig. 50: Diagrama 2 / 2 de instrumentación del proceso. 105 Fig. 51: Disposición de los TPM en la operación. 108 Fig. 52: Ubicación de las celdas de carga en el TPM. 109 Fig. 53: Disposición del medidor de flujo en la tubería. 109 Fig. 54: Ubicación del cableado de los equipos. 110 Fig. 55: Diagrama de bloques del algoritmo de control con el Sistema De Alarmas. 114 Fig. 56: Arquitectura del sistema automatizado del proceso de manufactura de limpiadores. 117 Fig. 57: equipos requeridos para la red de supervisión del sistema. 120 Fig. 58: Panel principal de la operación de la etapa de mezclado. 121 Fig. 59: Ventana Principal del SDM del proceso. 123 Fig. 60: Ventana de mezclado del SDM. 126 Fig. 61: Ventana de Almacenaje del SDM. 127 Fig. 62: Ventana de Tendencias del SDM. 128 Fig. 63: Ventana de Otras variables del SDM. 129 Fig. 64: Resultados de las simulaciones para las versiones no cítricas. 132 Fig. 65: Resultados de las simulaciones para las versiones no cítricas. 132 Fig. 66: Diagrama de conexión de las tarjetas de salida digital 1 y 2 del controlador 145 Fig. 67: Diagrama de conexión de las tarjetas de salida digital 3 y 4 del controlador 146 Fig. 68: Diagrama de conexión de la tarjeta de salida digital 5 del controlador 147 Fig. 69: Diagrama de conexión de las celdas de carga del Batch Fig. 70: Diagrama de conexión de las celdas de carga del Batch Fig. 71: Diagrama de conexión del medidor de flujo del Batch Fig. 72: Diagrama de conexión del medidor de flujo del Batch Fig. 73: Gráfico con pérdida esporádica y crónica. 173 Fig. 74: Ejemplo de un árbol de pérdidas 185 Fig. 75: Gráfico de estado ideal y real de consumo de una materia prima en la producción de desinfectantes 186 Fig. 76: Herramienta en Excel para el seguimiento de los proyectos de análisis de pérdidas. 189 Fig. 77: Proceso de validación e inicio de una idea de reducción de pérdidas. 194 Fig. 78: Celda de seguimiento de la herramienta de loss analysis. 198 Fig. 79: Herramienta de Excel de seguimiento del portafolio de proyectos de loss analysis. 200 Fig. 80: Sistema on line de seguimiento del portafolio de proyectos de loss analysis de Colombia. 200 Fig. 81: Ventana de Ingresar Pérdida del sistema on line de Colombia. 201 Fig. 82: Ventana de Reportes del sistema on line de Colombia. 202 Fig. 83: Ventana de Formatos del sistema on line de Colombia. 203 Fig. 84: Celda de seguimiento de la herramienta de loss analysis de Colombia. 205 Fig. 85: Ventana de acceso al sistema de loss analysis de Barquisimeto. 206 Fig. 86: Ventana inicial del sistema de loss analysis de Barquisimeto. 208 xiii

14 Fig. 87: Ventana principal con el filtro de Categoría abierto. 209 Fig. 88: 2 filtros activos al mismo tiempo. 209 Fig. 89: Archivo de Excel exportado desde el sistema. 210 Fig. 90: Ventana principal con el filtro de la versión full. 211 Fig. 91: Ventana que se abre para crear un Nuevo proyecto. 212 Fig. 92: Ventana de Información Financiera. 213 Fig. 93: Ventana de Información Básica de un proyecto validado. 214 Fig. 94: Ventana de Equipo del Proyecto del sistema de loss analysis. 215 Fig. 95: Ventana de permisos de acceso del sistema de loss analysis. 215 Fig. 96: Ventana de documentos del sistema de loss analysis. 217 Fig. 97: Ventana de Planes de Acción del sistema de loss analysis. 218 Fig. 98: Ventana para adicionar planes de acción. 218 Fig. 99: Ventana de seguimiento del sistema de loss analysis. 219 Fig. 100: Ventana para adicionar seguimientos. 220 Fig. 101: Correo electrónico enviado con el seguimiento de un proyecto. 220 Fig. 102: Celda de seguimiento de la nueva herramienta de loss analysis de Venezuela. 222 xiv

15 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Desde sus inicios las industrias han buscado la forma de hacer más eficientes sus procesos, de automatizarlos. Inclusive el hombre ha vivido épocas en que el crecimiento de las industrias ha sido tan vertiginoso, que se han definido como momentos cruciales de la historia. Por ejemplo, la revolución industrial, ocurrida a finales del siglo XVIII en el Reino Unido y expandida al resto del mundo, o por ejemplo el nacimiento de la era informática a finales del siglo XX. La búsqueda continua de mejorar la eficiencia de los procesos, de disminuir la mano del hombre en la industria, de producir más en menos tiempo, ha arrojado un cambio tecnológico, socioeconómico y cultural en el hombre. Las industrias manufactureras forman parte de este crecimiento tecnológico; a través de los años las actividades que dependen de la mano del hombre han sido reducidas; son cada vez más las industrias manufactureras que cuentan con menos mano de obra y con más maquinas que realizan distintos trabajos. Ahora bien, cuál es el fundamento de estos cambios en la industria? Principalmente la búsqueda del aumento de la producción y de la eficiencia de los procesos. Pero además, las compañías han encontrado numerosas ventajas adicionales que las inclinan a buscar respuesta a sus necesidades tecnológicas; entre éstas se pueden mencionar el aumento de la seguridad industrial en las plantas, el aumento de la confiabilidad y estabilidad de los procesos, entre otros. Estos factores han demostrado que la automatización es un paso clave para el crecimiento de las plantas manufactureras, que los procesos manuales van a tender poco a poco a ser computarizados; sin embargo, la razón por la cual la mayoría de las industrias todavía cuentan con procesos manuales, es porque el capital necesario para hacer que los procesos sean automáticos, es muy elevado. La primera pregunta entonces es cuándo? Cuál es el momento indicado para realizar una inversión de capital significante para automatizar uno o varios procesos? Esa respuesta la debe encontrar cada empresa, de acuerdo a sus necesidades y a las reglas básicas del mercado, a la oferta y demanda. Una vez decidido automatizar un proceso, la segunda pregunta es cómo? La mayoría de los procesos pueden ser automatizados de varias maneras, con distintos equipos que ofrecen diferentes servicios, por ende, la respuesta sale de evaluar qué es realmente necesario para la operación y si vale la pena invertir los recursos económicos en esa automatización.

16 1. 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El presente trabajo refleja la respuesta de las dos preguntas planteadas previamente sobre el proceso de manufactura de desinfectante de la planta de detergentes de Procter & Gamble de Venezuela. Los gerentes de la planta dieron respuesta a la primera: existe la necesidad de aumentar la capacidad de producción de desinfectantes; la empresa quiere invertir en lograr esto, las soluciones varían desde aumento de personal hasta aumento de infraestructura para conseguirlo, sin embargo, el proceso actual de la planta es manual, depende de un operador que ejecute cada uno de los pasos necesarios para elaborar el producto, el tiempo de manufactura es muy largo, los riesgos e inestabilidad son elevados. Existe un potencial todavía para aumentar la eficiencia del proceso, por lo que surge la necesidad de automatizarlo. Así nace el siguiente estudio en búsqueda de la respuesta de la segunda pregunta, cómo realizar la automatización del proceso, logrando aumentar la capacidad de producción de desinfectantes con el menor costo posible? El estudio se llevó a cabo en la planta de desinfectantes de Procter & Gamble de Venezuela, ubicada en la ciudad de Barquisimeto, estado Lara. Dicha empresa cuenta con una planta de producción de detergentes, una planta de producción cloro detergente y una planta de producción de desinfectantes líquidos, ubicadas en la misma infraestructura. Los estudios que a continuación se presentan se desarrollaron en la planta de desinfectantes líquidos, también llamados limpiadores, de la corporación. Esta planta de limpiadores realiza 7 versiones diferentes presentadas en 4 tamaños distintos, esto da un total de 28 sku. La planta de limpiadores cuenta con una primera etapa de manufactura donde se llevó a cabo este estudio, y una segunda etapa de llenado de botellas. La manufactura del desinfectante está compuesta por 3 subprocesos: el control microbiológico de agua, el sistema de mezclado y el almacenaje de producto; el primero se encarga de brindar la principal materia prima (el agua) en las especificaciones requeridas, es decir, se encarga de tomar el agua de la red de distribución pública y adecuarla para la elaboración del producto; el segundo por su parte, permite la unión de todas las materias primas y da el proceso de mezclado, vital en la manufactura del producto; y finalmente la infraestructura de almacenaje permite retener la solución mientras las líneas de llenado van descargando el desinfectante. Estas tres áreas de manufactura son operadas en tres turnos, por un operador en cada turno. El trabajo que ellos realizan consiste en manejar todos los equipos de forma tal que se lleve a cabo todo el proceso. Cabe destacar que la planta de cloro está 2

17 ubicada físicamente al lado de la de limpiadores y que ésta cuenta con la misma cantidad de operadores, uno por turno para tres turnos. El sistema automatizado fue diseñado para la etapa de mezclado y la etapa de almacenaje del producto. De esta forma, las principales oportunidades para el aumento de capacidad de la manufactura del producto, radica en los siguientes puntos: Los pasos para la elaboración del producto se realizan en serie (uno tras otro), por lo tanto el tiempo de ejecución del proceso es muy lento. Existen muchísimos riesgos e incidentes de seguridad debido al constante contacto del operador con el proceso. Además, estos incidentes afectan la producción del producto. Existen constantes pérdidas por errores humanos en la fabricación del producto. Existen sólo 4 tanques de almacenamiento para 7 versiones distintas permitiendo que el potencial de almacenaje se vea desaprovechado constantemente. La causa principal de tres de los cuatro puntos mencionados es que todas las actividades son ejecutadas manualmente por el operador. La apertura de válvulas, encendido de bombas, drenaje del producto, entre otras, son las tareas que ejecuta directamente el personal. La consecuencia más grave de esta situación es que la producción varía mucho, las metas diarias no se cumplen por lo que se debe invertir recursos en planificar de nuevo los batidos; al no cumplirse la producción disminuye el inventario disponible de producto terminado hasta que llegue un punto de que no se disponga de producto para el cliente. De esta forma la propuesta se fundamenta en el diseño de un sistema automatizado para el sistema de mezclado y almacenaje de la producción de desinfectantes buscando disminuir las actividades del operador, permitiéndole que las pueda ejecutar pulsando un botón desde una estación remota; así el tiempo de ejecución de cada tarea disminuiría, aumentando la cantidad de producto realizado por unidad de tiempo. El sistema automatizado será un sistema SCADA; dos computadoras habilitarán las funciones de interfaz gráfica del proceso, control supervisorio y generación de reportes. En resumen, el operador podrá controlar el mezclado y el almacenaje del producto desde una computadora para así poder ejercer otras funciones. Inclusive el sistema guarda los históricos de producción para llevar un mejor control de la producción. 3

18 El diseño del proyecto se divide en dos grandes etapas: el diseño en detalle de la instrumentación y el básico del sistema de control. El primero define los dispositivos a instalar en el proceso para tomar la data necesaria para ejecutar el control, mientras que el segundo, consta de la definición del sistema SCADA a implementar con todos los diseños necesarios. Debido a que se trata de un diseño que al final del período de pasantía no va a ser ejecutado, se incluyó también en el alcance del proyecto, la elaboración de un simulador que muestre el comportamiento del futuro sistema a implementar, en la línea de producción de desinfectantes. Dicho software se realizó en LabView 8.0 de National Instruments y servirá de soporte para la demostración de los beneficios que se prometen con el sistema automatizado. El trabajo consta de siete capítulos, introducción, la empresa, marco teórico, marco metodológico, sistema SCADA para el proceso de manufactura de limpiadores, análisis de resultados, conclusiones y recomendaciones y por último referencias bibliográficas. En el primero se presenta el problema a atacar, la justificación del mismo y los objetivos. Posteriormente se expone información sobre la compañía donde se desarrolló el presente estudio. En el marco teórico se define qué es un desinfectante y cuáles son sus componentes, el proceso actual de la planta, qué es un sistema SCADA y los diferentes protocolos de control. En el marco metodológico se expone la metodología de diseño seguida para la ejecución del presente trabajo y las normas de calidad y seguridad industrial que aplican. En el quinto capítulo se detalla el diseño del sistema automatizado, además se describe el simulador realizado para obtener los resultados prácticos del diseño. En el sexto se exponen y analizan los resultados obtenidos de las simulaciones. Finalmente, en los últimos capítulos se plasman las conclusiones del presente trabajo y las referencias bibliográficas. Paralelo al presente trabajo se desarrolló un estudio en el departamento de finanzas de la empresa. Éste fue la mejora del sistema de seguimiento de los proyectos de análisis de pérdidas de la planta de Barquisimeto de Procter & Gamble. El desarrollo de este estudio se presenta en el Apéndice E del presente documento JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO En estos momentos el mercado de desinfectantes está aumentando, el número de clientes está creciendo considerablemente brindándole a la compañía una oportunidad de negocio positiva. Sin embargo, también es cierto que la situación política ha influido en la percepción de la estabilidad 4

19 de los negocios en el país, por ende la percepción de riesgo de las inversiones de la compañía en Venezuela es alto. Es por esto que las directrices se han inclinado en exigir una justificación económica convincente, para todos los proyectos que impliquen inversión de capital. Este es el foco de los proyectos actuales de la compañía, traer los beneficios del proyecto acompañados de ventajas económicas y recuperación de inversión rápida. De este modo, se presenta a continuación las ventajas del proyecto de automatización de la planta de manufactura de limpiadores que fueron presentadas como justificación del proyecto para los líderes de la compañía para que se diera marcha al diseño del mismo. Inclusive, más adelante se presentan los resultados del estudio financiero del proyecto donde se demuestra la factibilidad económica del mismo. Culminada la implementación del sistema automatizado para el proceso de manufactura de limpiadores, se obtendrán los siguientes beneficios: Incremento de la capacidad de producción. Ahorros por reducción de pérdidas de materiales. Ahorros por mejor aprovechamiento del personal. Aumentar la seguridad de los empleados. Aumentar la seguridad de la planta y por consiguiente su estabilidad de producción (mayor tiempo entre paradas). Documentación del proceso actual de manufactura y del diseño del sistema automatizado. Posteriormente se describe que el proyecto cumple con las exigencias financieras de la compañía para los proyectos que requieren inversión de capital, asegurando así un provechoso negocio que contribuirá al crecimiento de la empresa en Venezuela, específicamente en la planta de Barquisimeto OBJETIVOS Objetivos generales Presentar a la compañía una opción de cambio de la operación del proceso de manufactura de desinfectantes basada en un sistema automatizado de supervisión y control. 5

20 Objetivos específicos Presentar una propuesta de diseño en detalle de la instrumentación del sistema de mezclado y almacenaje del proceso de manufactura de limpiadores. Presentar una propuesta de diseño básico de un sistema de control supervisorio para el sistema de mezclado y almacenaje proceso de manufactura de limpiadores. Demostrar, por medio de un simulador de la propuesta de diseño, si con la implementación del proyecto se obtienen los siguientes beneficios: Incremento de la capacidad de producción en un 25%. 3M$ de ahorros por reducción de pérdidas de materiales. 36M$ de ahorros por mejor aprovechamiento del personal. Aumentar la seguridad de los empleados. Aumentar la seguridad del proceso de manufactura y por consiguiente su estabilidad de producción (mayor tiempo entre paradas). Documentación del proceso actual de manufactura y del diseño del sistema automatizado HIPÓTESIS La capacidad de producción de la planta de manufactura de limpiadores aumentará en un 25% con la implementación del sistema automatizado. Además que se podrá disponer del operador de la operación para otro departamento, ya que las actividades manuales de la etapa de mezclado serán eliminadas y las tareas del control microbiológico del agua las ejecutará el operador de la planta de cloro. 6

21 CAPÍTULO II LA EMPRESA Procter & Gamble es el resultado de una tradición de más de 160 años. Nació cuando William Procter y James Gamble fundaron una pequeña compañía para la producción de velas y jabones en la ciudad de Cincinnati, Ohio. La iniciativa de estos dos soñadores ha crecido hasta convertirse en una de las principales compañías manufactureras del planeta. Actualmente las ventas de la empresa a escala mundial rebasan los 50 mil millones de dólares anuales y su nombre, sus marcas y los artículos de consumo que produce son reconocidos en los hogares de todo el mundo. Procter & Gamble tiene operaciones en alrededor de 80 países y vende más de 300 marcas de productos en más de 140 naciones HISTORIA Procter & Gamble fue fundada en el año 1837 por William Procter y James Gamble. El negocio de la compañía se dedicó durante sus primeros años exclusivamente a la producción de jabón y velas, aunque las ventas de las velas sufrieron bajas enormes con el surgimiento de la luz eléctrica. De igual forma, la compañía fue creciendo poco a poco, y para 1859 ya contaba con más de 80 empleados y ventas por encima del millón de dólares. Años más tarde desarrollaron el primer producto que revolucionó el mercado, Ivory. Este jabón fue tan especial para la compañía (y el mercado) debido a su alta calidad, inclusive mejor a lo que se ofrecía en ese momento en el mercado, por un costo muy bajo. Muy pronto, la compañía comenzó a vivir de la renta de este nuevo producto, ampliando sus plantas y llevando su negocio a localidades más allá de los límites de Cincinnati. Además, innovaron la manera en la que se maneja al recurso humano mediante la implantación del sistema de repartición de ganancias, bajo el cual todos los empleados podían adquirir acciones de la empresa o recibirlas como parte de pago. Con este hecho no solo se lograba que el empleado se diera cuenta del rol que juega dentro de la empresa y de cómo su desempeño afecta el rendimiento de la misma, sino que se reflejaban también los valores bajo los cuales fue fundada Procter & Gamble, en los que se establece que el recurso más importante que tienen es su gente.

22 Para Julio de 1950 The Procter&Gamble Company, con sede en Cincinnati, estado de Ohio, USA. Registra formalmente en Venezuela su primera subsidiaria en Suramérica. Para 1952, se funda la primera planta en Venezuela, ubicada en la Yaguara, Caracas para la elaboración de detergente ACE y jabón tocador CAMAY. En 1981 P&G inaugura la moderna planta de Barquisimeto para reforzar la capacidad de producción de la planta de la Yaguara. La planta inicia operaciones fabricando ACE y luego ARIEL, estos productos pasan a ser líderes en el mercado nacional. En 1989 a tono con las circunstancias económicas del país, se comienza a producir RINDEX, un detergente popular de calidad. Para el décimo aniversario de la planta se cuenta con 203 personas para la producción de Ace, Ariel, Ariel Baja espuma, Bold-3, Ariel Sin Aroma, Ace Limón, Rindex, y Ariel y Ace para exportación. En 1993 comienza el plan de conversión de empaques a bolsas plásticas, implicando un gran proceso de actualización tecnológica. Para el año de 1995 Planta Barquisimeto ya produce el 100% de los detergentes que P&G comercializa en Venezuela., siguiendo la consolidación de la producción de Planta Caracas en En 1997 Se inaugura un moderno Centro de Distribución y una planta para la producción de Cloro y productos limpiadores LAVANSAN, con una inversión total que supera los 15 millones de dólares. En el vigésimo aniversario la planta, en el 2001, cuenta con 468 trabajadores. A principios del año 2004 se empieza la fabricación del desodorante MUM Bolita al consolidar las operaciones de la planta de Maracay. A inicios del año 2006 se comienza la producción de suavizante Downy de la marca Ariel. Hoy en día la planta cuenta con 857 trabajadores y produce detergentes Ace, Ariel, Bold, Rindex y Fab; desodorante MUM Bolita; desinfectantes Lavansan; cloro Lavansan; y suavizante Downy FUNCIÓN DE PROCTER & GAMBLE DE VENEZUELA En esta sección se exploran las diversas funciones básicas de la empresa: Producción, comercialización, financiamiento y aprovisionamiento. 8

23 Producción La principal actividad que desempeña la planta consiste en la manufactura de productos de consumo masivo. Para esto cuenta con diversas líneas de producción y de empaque destinadas a la fabricación de diversos tipos de productos, entre los cuales podemos nombrar a los detergentes ACE y ARIEL, cloro Lavansan, desodorante MUM Bolita y otros. La función de producción es llevada a cabo por diversos departamentos que en conjunto aseguran que las variables de los procesos se mantengan en línea según los estándares. De esta manera, existen departamentos de calidad, fabricación, empaque e ingeniería interactuando estrechamente durante el proceso de producción Comercialización Las oficinas y los agentes de ventas, encargados de la comercialización de los productos terminados, no tienen líneas de reporte con la planta y por ende constituyen una función independiente. Sin embargo en las instalaciones de planta Barquisimeto se encuentra un centro de distribución que almacena la totalidad de productos suministrados en el país Financiamiento El financiamiento de todos los proyectos de ingeniería y actividades diarias de la empresa se obtiene mediante presupuestos asignados desde las oficinas generales. En la planta se realiza el seguimiento de los gastos y el análisis financiero de los proyectos a ejecutar, con el objetivo de determinar su viabilidad financiera y ayudar en la asignación de prioridades. Como es de imaginar el dinero nunca es una limitante para la realización de los proyectos. Se debe verificar que los análisis financieros resultan positivos para que se aprueben los fondos necesarios Aprovisionamiento La función de aprovisionamiento de materiales es llevada a cabo entre un equipo de compradores regionales y un equipo local de logística ubicado en planta. 9

24 2. 3 MISIÓN Suministrar productos de valor superior siempre a tiempo, y alcanzar nuestra Necesidad Apremiante de Negocio (CBN), a través de la eliminación de pérdidas y la implantación efectiva de los procesos que componen los Pilares del Sistema Integrado de Trabajo (IWS) VISIÓN Somos el modelo a seguir por el resto de las plantas a nivel mundial. Suministramos productos sin defectos, a tiempo y al más bajo costo posible, satisfaciendo siempre las necesidades de nuestros clientes dentro y fuera de Venezuela. Nos comportamos como dueños del negocio. A diario tomamos decisiones acertadas, basándonos en nuestros Principios Corporativos. Somos ágiles, emprendedores, y altamente productivos, formando así una organización flexible y enfocada a alcanzar resultados excelentes. Tenemos un sistema de crecimiento y desarrollo justo, basado en el cumplimiento y la superación de los objetivos de cada persona y de los equipos de trabajo. Mantenemos todos nuestros procesos y variables en control, lo que nos permite operar sin defectos y sin accidentes. A su vez vivimos con placer un proceso continuo de mejora, de innovación y cambio, reaplicando también las experiencias exitosas de otras organizaciones. Logramos ser expertos en nuestra labor a través del auto-entrenamiento y la práctica constante en el trabajo diario VALORES Nuestra gente Atraemos y reclutamos a la mejor gente en el mundo. Desarrollamos nuestra organización desde adentro, promoviendo y recompensando a la gente sin otra distinción que la de su desempeño. Actuamos bajo la convicción de que las mujeres y los hombres que laboran en Procter & Gamble de Venezuela serán siempre nuestro activo más importante. 10

25 Liderazgo Somos líderes en nuestras diferentes áreas de responsabilidad, con un profundo compromiso de alcanzar resultados de liderazgo. Tenemos una visión muy clara de hacia dónde nos dirigimos. Enfocamos nuestros recursos en lograr objetivos y estrategias ganadoras. Desarrollamos la capacidad para llevar a cabo nuestras estrategias y eliminar barreras organizacionales Propiedad Aceptamos la responsabilidad personal de cubrir las necesidades del negocio, mejorar nuestros sistemas y ayudar a otros a mejorar su efectividad. Nos consideramos dueños de nuestro negocio: tratamos los activos de la compañía como propios y tenemos en mente el éxito de la misma a largo plazo Integridad Siempre tratamos de hacer lo que es correcto. Somos honestos y francos con cada uno de nosotros. Operamos siempre dentro de la letra y el espíritu de la ley. Tenemos presentes los valores y principios de Procter & Gamble en cada una de nuestras acciones y decisiones. Fundamentamos nuestras propuestas con datos y con honestidad, incluyendo el reconocimiento de los riesgos involucrados Pasión por ganar Estamos decididos a ser los mejores poniendo todo nuestro esfuerzo en lo que realmente es importante. No nos conformamos con el estado actual del negocio y buscamos siempre nuevas opciones que nos permitan ser más eficientes. Tenemos un apremiante deseo por mejorar y por ser líderes en el mercado. 11

26 Confianza Respetamos a nuestros compañeros de Procter & Gamble, a nuestros clientes y a nuestros consumidores, y los tratamos de la misma manera en que queremos ser tratados. Tenemos confianza en la capacidad y en las intenciones de los demás. Creemos que la gente trabaja mejor cuando existe un ambiente basado en la confianza PRINCIPIOS Demostramos respeto por todos los individuos: Creemos que todos los individuos pueden contribuir al máximo de su potencial. Valoramos las diferencias individuales. Inspiramos y facultamos a la gente para alcanzar grandes expectativas, estándares y metas ambiciosas. Somos honestos con la gente sobre su desempeño. Los intereses de la compañía y del individuo son inseparables: Creemos que hacer lo que es correcto para el negocio, con integridad, nos llevará a un éxito mutuo tanto a la compañía como al individuo. Nuestra búsqueda por el éxito nos une. Estimulamos en nuestros empleados el convertirse en accionistas de la compañía y el comportarse sobre la base del sentido de propiedad. Tenemos un enfoque estratégico en nuestro trabajo: Operamos con objetivos y estrategias claramente expresados y alineados. Solamente realizamos y requerimos trabajo que añada valor al negocio. Simplificamos, uniformamos y hacemos más eficiente nuestro trabajo cada vez que sea posible. La innovación es la piedra angular de nuestro éxito: Valoramos grandemente nuevos desarrollos e innovaciones para los consumidores. Retamos lo convencional y reinventamos la manera de trabajar para ganar en el mercado. Estamos enfocados hacia el exterior: Desarrollamos un entendimiento superior de los consumidores y de sus necesidades. Creamos productos, empaques y conceptos que desarrollan marcas ganadoras. Desarrollamos relaciones cercanas y mutuamente productivas con nuestros clientes y proveedores. Somos buenos ciudadanos corporativos. 12

27 Valoramos la maestría personal: Creemos que cada individuo es responsable de desarrollarse continuamente a sí mismo y a otros. Alentamos y esperamos maestría técnica sobresaliente y excelencia en la ejecución. Buscamos siempre ser los mejores: Nos esforzamos en ser los mejores en todas las áreas de importancia estratégica para la compañía. Medimos rigurosamente nuestra ejecución contra los mejores, tanto interna como externamente. Aprendemos de nuestros éxitos y de nuestros fracasos. La interdependencia mutua es nuestra forma de vida: Trabajamos juntos con certidumbre y confianza entre funciones, sectores, categorías y geografías. Nos enorgullecemos de los resultados alcanzados al haber reaplicado las ideas de otros. Mantenemos excelentes relaciones con todas las entidades que contribuyen al logro de nuestro propósito corporativo, incluyendo nuestros clientes, nuestros proveedores, universidades y gobiernos ORGANIZACIÓN La empresa tiene una organización definida a nivel mundial, la misma está estructurada por unidades globales con funciones específicas. Sin embargo, el alcance de la estructura organizativa descrita a continuación es el de la planta de Barquisimeto y más específico aún, los departamentos donde se desarrolló el presente estudio.dentro de la planta existe un equipo de liderazgo conformado por los gerentes de cada departamento. Ellos son los responsables de los procesos y resultados internos de la planta. En la Fig. 1 se muestra el organigrama general para la planta de Barquisimeto. Gerente de planta Gerente de logística Gerente de ingeniería Gerente de finanzas Gerente de operaciones de detergentes Gerente de RRHH Gerente de operaciones de desodorantes Supervisor de sistemas Gerente de operaciones de líquidos Fig. 1: Organigrama general de Procter & Gamble, planta Barquisimeto. 13

28 Los departamentos involucrados en el desarrollo del presente trabajo son el departamento de ingeniería y el de líquidos. Por una parte, el desarrollo del estudio se elaboró en las áreas de ingeniería pero además se requirió todo el soporte del personal del área de líquidos para poder realizar los estudios de campo. De esta forma, se puede observar en la Fig. 2 el organigrama del departamento de ingeniería. Gerente de ingeniería Controlador de costos Líder de seguridad Ingeniero de proyectos de desodorantes Supervisor de construcciones Pasante Ingeniero de proyectos de líquidos Ingeniero de proyectos de detergentes Líder de calidad Líder de optimización de materiales y procesos de manufactura Líder de laboratorios Líder de optimización de materiales y procesos de empaque Fig. 2: Organigrama del departamento de ingeniería de la planta de Barquisimeto. El cargo de pasante que se muestra en la Fig. 2 es un trabajo temporal que tuvo como objetivo el desarrollo del presente trabajo. La pasantía se elaboró con soporte directo del ingeniero de proyectos de líquidos y el gerente de ingeniería del mismo departamento. En el área de operaciones de líquidos también se obtuvo mucho soporte, específicamente, la organización de este departamento se puede observar en la Fig. 3. Los cargos más involucrados en el presente estudio fueron el gerente de operaciones de líquidos, el gerente de línea, los ingenieros de procesos, el líder de calidad y los operadores de manufactura de desinfectantes. 14

29 Gerente de operaciones de líquidos Gerente de línea Ingeniero de proceso Ingeniero de proceso Líder de grupo de llenado Líder de grupo de manufactura Líder de grupo de sopladoras Líder de costos Líder de calidad Líder de materiales Operador Operador Operador Operador Operador Operador Operador Operador Operador Fig. 3: Organigrama del departamento de líquidos de la planta de Barquisimeto. 15

30 CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO Para realizar el diseño del sistema automatizado es necesaria la documentación de los puntos teóricos necesarios para el desarrollo del proyecto. Estos puntos son la base teórica para las soluciones planteadas en los capítulos posteriores. A continuación se presentan dichos temas con la descripción respectiva de cada uno DESINFECTANTES LÍQUIDOS Un desinfectante es un agente químico que destruye o inhibe el crecimiento de microorganismos patógenos en fase vegetativa o no esporulada. Los desinfectantes no necesariamente matan todos los organismos, pero los reducen a un nivel que no dañan la salud ni la calidad de los bienes perecederos. Los desinfectantes se aplican sobre objetos y materiales inanimados, como instrumentos y superficies, para tratar y prevenir la infección [1]. Dentro de este amplio concepto, se encuentra una aplicación única: los desinfectantes de superficies rígidas. Estos desinfectantes son una categoría especiales de químicos usados para librar de sucio y bacterias diversas superficies: mesas, sillas, suelos, baños, superficies de madera, mármol, cerámica, granito, entre muchísimas opciones más. Son comúnmente utilizados para limpiar los hogares [1]. Los desinfectantes multiusos para superficies rígidas están compuestos por agua y por un elemento activo. Dicho elemento es el que se encarga de eliminar las bacterias con la cual el producto tiene contacto, es decir, el que limpia la superficie. El agua se utiliza para brindarle al consumidor un producto seguro gracias a una previa dilución de sus componentes además de permitir una fácil manipulación a la hora de usarlo. A estos dos elementos se le agregan otros compuestos para mejorar el comportamiento del desinfectante y para adecuarlo mejor al usuario. A continuación se mencionan los elementos adicionales usados por Procter & Gamble con una breve explicación de cada uno. Activo o desinfectante: Es el elemento emulsionante de la solución. La emulsión es una mezcla estable y homogénea de dos líquidos que normalmente no pueden mezclarse, (son inmiscibles

31 entre ellos). De este modo, cuando se utiliza el producto sobre una superficie, el activo realiza la emulsión entre las grasas y la solución para poder removerlas, limpiado así dicha superficie. Además cumple la función de bactericida, elimina las bacterias de la superficie donde es aplicado el producto. Preservante: Cuando el desinfectante entra en contacto con esponjas sucias se llenan de bacterias que pueden disminuir el tiempo de vida útil del producto; para alargar y preservar el tiempo del desinfectante, se le agregan dos componentes que mantiene en buen estado la solución. Controlador de ph: El ph de la solución debe mantenerse bajo para evitar el crecimiento de microorganismos. Por ello, se le agregar un componente controlador de ph, es específicamente un ácido, que garantiza que el producto final cumpla con esos estándares. Colorante y perfume: Para familiaridad y gusto del consumidor, al desinfectante se le agregan componentes para darle un buen aroma y un buen color. De esta forma el consumidor se sentirá más a gusto de utilizar el producto. No-iónico: Este material une las partes iónicas y no iónicas de la solución. Se encarga de romper la tensión superficial de los materiales con el objetivo de homogenizar la solución. De este modo el agua, el preserverante, el perfume y el activo pueden formar una única solución. Quelante: Este material atrapa las partículas cargadas, específicamente los iones, con el objetivo de limpiar la superficie donde será aplicado el desinfectante PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN PARA LA ELABORACIÓN DE LIMPIADORES Como se mencionó anteriormente en la planta de Barquisimeto se realizan 7 versiones de desinfectantes, dividas en 2 categorías: cítricas y no cítricas. En la primera entran las versiones Lavanda, Floral, Ola de limpieza y Ternura; en la segunda están las versiones Limón, Naranja y Toronja mandarina. Cada una de estas versiones tiene una fórmula diferente, un proceso de transformación de materias primas distinta. Sin embargo, se puede definir un proceso de 17

32 transformación de elaboración del producto para cada categoría y dentro de estos procesos, lo que varía según versión, son las cantidades de cada materia prima. De esta forma, en la Fig. 4 se puede observar el proceso de transformación de materias para las versiones no cítricas. La manufactura está compuesta por 8 pasos vitales de transformación. El primero y el segundo implican una limpieza y purificación del agua a utilizar. Esta limpieza consta de un filtrado de partículas grandes, una cloración, mineralización también llamada suavización del agua y un control de ozono. Filtración: Se realiza con el objetivo de eliminar partículas macroscópicas que trae el agua de la red de distribución pública. Estas partículas son malignas para el proceso ya que proveen de un agua sucia e indeseada. El proceso de filtrado además incluye la reducción del cloro, orgánicos, color, sabores y olores objetables del agua. Cloración: El cloro tiene una potencia y persistencia germicida de amplio espectro en los sistemas de distribución de agua. Además, su capacidad para abordar eficiente y económicamente otros muchos sistemas de tratamiento de agua, también ha contribuido a su amplio uso [2]. La cloración se utiliza para evitar el desarrollo bacteriológico vegetal o animal, oxidar sustancias orgánicas, fomentar la floculación y reducir los olores. De esta forma se busca con la cloración desinfectar el agua a utilizar para la manufactura del producto. Suavización: Los suministros de agua natural contienen sales disueltas, las cuales se disocian en el agua para formar partículas con carga, conocidas como iones. Estos iones están presentes por lo general en concentraciones relativamente bajas, y permiten que el agua conduzca electricidad. Algunas veces se conocen como electrolitos. Estas impurezas iónicas pueden causar problemas en los sistemas de enfriamiento y calefacción, generación de vapor, y manufactura. Los iones comunes que se encuentran en la mayoría de las aguas incluyen los cationes de carga positiva; calcio y magnesio cationes que generan dureza, los cuales hacen que el agua sea dura y sodio. Los aniones de carga negativa incluyen alcalinidad, sulfato, cloruro, y silicio [5]. La suavización de agua debe realizarse para eliminar estas impurezas que traen efectos negativos al proceso; así se previene la erosión y desgastes de los equipos, el sucio (contaminación) en el producto final, entre otros. 18

33 Agua Colorante sin pesar 1: Purificación de agua Filtrado Regulación de cloro Suavizador Regulador de ozono 5: Pesado de colorante Pesado 2: Adición de agua Water suavizada Prificación con luz ultravioleta Agua purificada Materia Prima 1 4: Análisis de ph Análisis de laboratorio Solución Base Colorante pesado 6: 2do mezclado Materia Prima 2 Adición de materia prima 2 Materia Prima 3 Adición de materia prima 3 Materia Prima 4 Adición de materia prima 4 Solución final Materia Prima 5 Adición de materia prima 5 Adición de colorante Materia Prima 6 Adición de materia prima 6 Mezclado Fig. 4: Transformaciones para elaborar desinfectantes no cítricos. 3: 1er mezclado Adición de materia prima 1 Mezclar Solución base 8: Almacenaje del producto Almacenaje Solución final 7: Análisis de ph Análisis de laboratorio

34 Control de ozono: La molécula de ozono es uno de los oxidantes más poderosos que se conocen después del fluoruro, con una velocidad de reacción tres mil veces superior a la del cloro. Debido a esto, el ozono oxida hierro, manganeso y otros metales pesados. Destruye virus, bacterias, hongos, esporas, algas y protozoos. Es apto para descomponer detergentes, pesticidas y otras muchas sustancias orgánicas presentes en el agua. Además, neutraliza cianuro, amoniaco, nitritos y urea. Todo esto lo hace muy apropiado para el tratamiento de todo tipo de aguas ya que recupera las características comunes del agua eliminando todo tipo de sabores, colores y olores extraños [6]. Es por esto que con el control de ozono se cierra el ciclo de purificación del agua; el objetivo que se busca es eliminar el residuo bacterial que resta de los procesos previos. Para esto se utiliza un equipo ozonador que se encarga de suminístrale el elemento al agua. Sin embargo, el control de ozono del agua consta de dos partes, la agregación del mismo y la eliminación. Las radiaciones de ozono son malignas para el operador, por lo tanto, después de agregarle el ozono y dejar que éste elimine las bacterias, se suprime haciéndole incidir al agua rayos ultravioleta por un tiempo específico. Así finaliza este proceso de purificación del agua. El tercer paso es el primer mezclado. Este mezclado tiene la función de controlar el ph del agua, para ello se vierte en un tanque mezclador una proporción específica de la primera materia prima por la cantidad de agua a utilizar y se mezclan por un tiempo finito, De este modo se obtiene el equilibrio de la solución y un cambio de ph en el agua. El cuarto paso implica la verificación del ph, se realiza el análisis de laboratorio para corroborarlo en la solución; si éste está dentro de los estándares esperados, el proceso continúa; de lo contrario, se le realizan ajustes manuales para lograr el objetivo. El punto cinco es el prepesado del colorante. El material debe ser extraído de su empaque primario para pesar la cantidad necesaria para el batido. Una vez completado el paso 4 y 5, se procede al paso 6 el cual es el segundo batido; el objetivo de éste es realizar el producto, en este paso se agrega el resto de las materias primas; y se mezclan por un tiempo específico. Después de este paso se procede a hacer los análisis de laboratorio de todas las variables de la solución y finalmente, si el producto se encuentra dentro de los estándares, se almacena. En la Fig. 5 se muestra el proceso de transformación de materias para las versiones cítricas.

35 Agua Colorante sin pesar 1: Purificación de agua Filtrado Regulación de cloro Suavizador Regulador de ozono 5: Pesado de colorante Pesado 2: Adición de agua Water suavizada Prificación con luz ultravioleta Agua purificada Materia Prima 1 Materia Prima 2 Materia Prima 3 4: Análisis de ph Análisis de laboratorio Solución Base Colorante pesado 6: 2do mezclado Materia Prima 4 Adición de materia prima 4 Materia Prima 5 Adición de materia prima 5 Materia Prima 6 Adición de colorante Solución final Mezclado Adición de materia prima 6 Fig. 5: Transformaciones para elaborar desinfectantes cítricos. 3: 1er mezclado Adición de materia prima 1 Adición de materia prima 2 Adición de materia prima 3 Mezclar 8: Almacenaje del producto Almacenaje Solución final 7: Análisis de ph Análisis de laboratorio

36 El proceso es muy similar al de las versiones no cítricas, sin embargo, los tiempos de adición y el orden de adición de los materiales son distintos. En la Fig. 5 se puede observar que las únicas diferencias con respecto a la Fig. 4 es que en el paso 3, en el primer mezclado se agregan más materias primas. Debido a este cambio, el paso 6 también sufre una pequeña diferencia ya que no se agregan los materiales que ya se adicionaron en el paso 3. De este modo se completa el diagrama de transferencias de manufactura de desinfectantes DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Para la elaboración de desinfectante se sigue un proceso específico. Luego de la elaboración se procede al llenado de las botellas y al almacenamiento del producto terminado en el almacén; estas últimas partes se escapan del alcance del proyecto, el cual se refiere sólo a la elaboración (manufactura) del producto. El proceso actual de la planta para elaborar limpiadores consta de tres etapas, la primera se encarga del control microbiológico del agua, la segunda es el mezclado de todas las materias primas involucradas y finalmente el almacenaje del producto elaborado Sistema de control microbiológico del agua La primera etapa del proceso de manufactura consta de un control microbiológico del agua; esto implica una limpieza micro para garantizar que el líquido esté dentro de los estándares de calidad de producción. Al final de esta etapa, el agua, la cual es la principal materia prima, queda lista para la realización del desinfectante. En la Fig. 6 se muestra el esquema de esta primera etapa del proceso. Fig. 6. Esquema del sistema de control microbiológico de agua del proceso de manufactura de desinfectantes.

37 El proceso inicia en la toma de agua de la red de distribución pública; ésta es almacenada en el primer tanque, llamado tanque 400 (ver Fig. 6), el cual tiene una capacidad de litros de agua. Dicho tanque alimenta además de la planta de desinfectantes, la planta de desodorantes y de suavizantes; sin embargo, el esquema mostrado es únicamente para la planta de desinfectantes. En este tanque se realiza el control de cloro del agua, de este modo, se diluye o se realiza una cloración del agua dependiendo del estado inicial del líquido. Posteriormente, el tanque 400 se conecta a dos filtros de arena que se encargan de eliminar las partículas que contenga el líquido, estos filtros están ubicados en la misma área física del tanque 400. Una vez filtrada, el agua llega a un equipo que controla los minerales del agua, a éste se le denomina el suavizador de agua. Este equipo se ubica a 30 metros aproximadamente de los filtros de arena. Posteriormente el agua es ozonada en la siguiente etapa del proceso; el ozonador es el equipo que realiza esta tarea y se encarga de agregar y controlar las ppm 1 de ozono del agua con el objetivo de eliminar impurezas como se mencionó anteriormente. La ubicación física del ozonador es contigua al suavizador del agua. Después de este proceso, el agua queda circulando en un lazo de tuberías que permite que esté disponible para cuando se necesite. De este modo, cuando se vaya a realizar un mezclado (en la siguiente etapa) se debe eliminar el ozono agregado previamente; este proceso se realiza mediante una lámpara que emite luz ultravioleta. Después de mantener encendida dicha lámpara por 5 minutos (como mínimo), el agua está lista para ser utilizada en el batido del producto. En la Fig. 7 se muestra un diagrama con las fronteras de esta etapa, las entradas y salidas a otros subprocesos. Energía eléctrica Cloro, sal, ozono Agua de la red de distribución pública Control microbiológico de agua Agua acondicionada para el producto Resultado de análisis Mustras Muestras Fig. 7: Fronteras del control microbiológico de agua. 1 Partículas por millón (ppm) 23

38 El control microbiológico del agua convierte, como se puede observar en la Fig. 7, el agua de la red de distribución pública en agua acondicionada para la elaboración del producto. Estas son la entrada y salida principales de esta etapa. Adicionalmente, para llevar a cabo esta transformación, se utiliza cloro, sal y ozono como materiales desinfectantes y energía eléctrica para energizar los equipos purificantes. Otras salidas secundarias de esta etapa son los resultados de análisis que son almacenados para tener un histórico de reportes archivados para obtener datos estadísticos sobre las variables del agua; y las muestras de producto que son enviadas a la planta de desodorantes y suavizantes para que sean calificadas Sistema de mezclado Una vez que el agua está lista para ser utilizada, se comienza el proceso de mezclado de las materias primas. El presente trabajo se enfoca en esta parte del proceso. El objetivo de esta etapa es el hacer el producto, es aquí donde se logra como resultado el limpiador. La planta es capaz de producir 7 versiones distintas, las cuales se dividen en dos categorías cítricas y no cítricas; en la primera categoría se encuentran las versiones Lavanda, Ternura, Floral y Ola de limpieza; entre las no cítricas están las versiones Limón, Naranja y Toronja - Mandarina. Internamente esta etapa está compuesta de varias partes. En la Fig. 8 se presenta un diagrama del proceso para el mezclado con las distintas secciones identificadas. Este sistema de mezclado consta de un espacio para las materias primas, una etapa de premedidas y los mezcladores. Estas tres partes se pueden identificar en la Fig. 8. El espacio para materias primas sostiene 12 pipas de materias primas diferentes. En la Fig. 9 se puede distinguir este espacio. El espacio de materias primas, es una región exclusiva del proceso para colocar las pipas de materias primas. Todas las versiones de desinfectantes tienen un uso común de cinco materias primas; mientras que cada una tiene un uso único de colorante y perfume. La disposición de las materias primas es como se muestra en la Fig. 9 y las presentaciones de cada una son como se muestra en la Tabla 1. 24

39 Quelante Activo No iónico Ácid o Preserverante Quelante Activo No iónico Ácid o Preserverante Fig. 8: Esquema del sistema de mezclado del proceso de manufactura de desinfectantes. Quelante Activo No ió nico Ácid o Preserverante Fig. 9: Esquema del espacio de materias primas del sistema de mezclado. 25

40 Tabla 1: Presentación de las materias primas # Materia Prima Presentación Capacidad 1 Activo Cubitainer 200 lts 2 No iónico Pipa 200 lts 3 Quelante Cubitainer 200 lts 4 Controlador de ph Pipa 200 lts 5 Preserverante Pipa 200 lts 6 Perfumes Pipa 200 lts 7 Colorantes Pipa 5 Kg Los colorantes se ubican a parte de las materias primas mostradas en la Fig. 9. Éstos se almacenan en un estante cercano a la operación de manufactura; la razón por la cual no se coloca el estante en el esquema de la Fig. 9 es porque no pertenece al proceso. De este estante se toma una pipa y se acerca al proceso de manufactura donde se cuenta con una balanza; aquí se realiza el pesaje del material para luego utilizarlo en la elaboración. El sistema de tanques de premedidas (TPM) está compuesto por los tanques dispuestos para este fin; son un total de 12 tanques de distintos tamaños, uno para cada materia prima. La función de estos tanques es medir la cantidad necesaria de cada materia prima para realizar el mezclado. En la Fig. 10 se puede observar estos tanques. Quelante Activo No iónico Ácid o Preserverante Fig. 10: Esquema de los tanques de premedida del sistema de mezclado. La operación de estos tanques se describe posteriormente; las materias primas y los tanques de premedidas están conectados por tuberías de distintos materiales y calibres por las cuales se bombean los líquidos desde las pipas a los tanques; como se muestra en la Fig. 8; los tanques de 26

41 premedidas se ubican en un primer piso a tres metros de altura aproximadamente. En la Tabla 2 se observa los datos de los tanques de premedidas. Tabla 2: Características de los tanques de premedidas # Materia Prima Material del tanque Volumen del tanque (lts) Medidor de nivel 1 Activo Acero inoxidable 50 Visual 2 No iónico Acero inoxidable 80 Visual 3 Quelante Acero inoxidable 12 Visual 4 Controlador de ph Acero inoxidable 5 Visual 5 Preserverante Acero inoxidable 5 Visual 6 Perfumes Acero inoxidable 30 Visual Estos tanques están conectados, como se mencionó anteriormente con los recipientes de las materias primas, de este modo, se puede realizar la medición bombeando material desde los envases primarios hasta los tanques secundarios. En la Tabla 3 se muestra las características de las tuberías que interconectan el sistema. Tabla 3: Características de las tuberías que conectan las materias con los tanques # Materia Prima Material de la tubería Calibre 1 Activo PVC 2" 2 No iónico PVC 2" 3 Quelante PVC 1" 4 Controlador de ph Acero inoxidable 1/2" 5 Preserverante PVC 1" 6 Perfumes Acero inoxidable 1" Se puede observar que el material de las tuberías varían dependiendo del material, esto se debe a que unos químicos son más propensos que otros a sufrir contaminación microbiológica, por lo tanto requieren distintos acondicionamientos. Las tuberías de perfume cumplen con las normas de calidad de la planta, son tuberías sanitarias hechas de acero inoxidable con conexiones soldadas. Las otras tuberías no requieren este acondicionamiento por lo que son de PVC con 27

42 conexiones con roscas ya que son más económicas. En la Tabla 4 se presentan las características sanitarias que tienen las tuberías. # Materia Prima Tabla 4: Características sanitarias de las tuberías Tubería sanitaria Acabado (Grit) Uniones Estándar sanitario 1 Activo No - Con roscas - 2 No iónico No - Con roscas - 3 Quelante No - Con roscas - 4 Controlador de ph Sí Soldadas ASTMA A316L 5 Preserverante No - Con roscas - 6 Perfumes Sí Soldadas ASTMA A316L Las características sanitarias y los estándares a los cuales la Tabla 4 se refieren, son explicados en el marco metodológico del presente estudio. Estos valores son de vital importancia para el diseño del sistema final, ya que los equipos e instrumentos a utilizar están fuertemente ligados al tipo, calibre y condiciones de las tuberías por donde pasan tanto las materias primas como el producto terminado. Como se puede observar en la Fig. 8 cada conexión entre las materias primas y los tanques de premedidas, cuenta cada una con una bomba. Éstas permiten subir el producto a los tanques, son bombas neumáticas de desplazamiento positivo que se activan con aire comprimido. Estas bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un embolo, un diente de engranaje, un aspa, un tornillo, etc., y la carcasa o el cilindro. El movimiento del desplazamiento positivo consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. Por consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina el intercambio de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor) [4]. Cada bomba tiene una entrada de aire comprimido, controlado por una electro válvula que se acciona desde los tanques de premedidas. En la Tabla 5 se muestra las características de las bombas y en la Tabla 6 las válvulas utilizadas en este sistema. 28

43 Tabla 5: Características de las bombas # Materia Prima 1 Activo 2 No iónico 3 Quelante Controlador de 4 ph 5 Preserverante 6 Perfumes Tipo de Válvula Material de Variador de Calibre bomba check tipo contacto frecuencia Desplaz. Positivo 2" Bola Polipropileno No Desplaz. Positivo 2" Bola Polipropileno No Desplaz. Positivo 1" Bola Polipropileno No Desplaz. Positivo 1/2" Bola Polipropileno No Desplaz. Positivo 1" Bola Polipropileno No Desplaz. Positivo 1" Bola Polipropileno No Tabla 6: Características de las válvulas # Materia Prima Tipo de válvula Calibre 1 Activo Bola 2" 2 No iónico Bola 2" 3 Quelante Bola 1" 4 Controlador de ph Bola 1/2" 5 Preserverante Bola 1" 6 Perfumes Bola 1" Además de estas tuberías y válvulas de las conexiones entre las materias primas y los tanques de premedidas, también hay una tubería de aire comprimido para todas las bombas neumáticas y una electro válvula por cada una. Las características de estas tuberías y válvulas se muestran en la Tabla 7. Tabla 7: Características del sistema de aire comprimido Tubería Presión (PSI) Calibre Electro Válvula 3/4" 120V PVC 80 3/4" 60Hz El sistema de mezclado tiene el objetivo de unir todo el material que se descarga de los TPM y enviar esta solución a los tanques de almacenamiento del producto. Este sistema cuenta con dos 29

44 tanques de mezcladores denominados Batches; todos los TPM tienen conexión por medio de tuberías con ambos tanques; en la Fig. 11 se puede ver el esquema de la disposición de los mezcladores. Las características de las tuberías de entrada de agua se muestran en la Tabla 8 y en la Tabla 9 se observan las especificaciones de los Batches. Cabe destacar que las características de las tuberías de la Tabla 3 son las mismas para las tuberías que interconectan los TPM con los mezcladores. Tabla 8: Características de las tuberías de adición de agua Batch Material Calibre 1 2 Acero inoxidable Acero inoxidable 3 3 Tubería sanitaria Acabado (Grit) Uniones Estándar sanitario Sí Soldadas ASTMA A316L Sí Soldadas ASTMA A316L Fig. 11: Esquema de los mezcladores del sistema de mezclado. Tabla 9: Características de los tanques de mezclado Tanque Volumen (lts) Material Altura Radio Batch Acero Inoxidable Batch Acero Inoxidable

45 La capacidad de los tanques mezcladores considera el margen de diseño 2 del mismo, es decir el volumen del tanque es mayor a 3200 litros pero es ésta la capacidad máxima por consideraciones del diseño. Los tanques cuentan con un sistema de circulación de agua caliente pero en la actualidad no se usa en el proceso. Con respecto a las tuberías, es de esperar que las características se mantengan durante el descargue de los materiales a los tanques de mezclado. Sin embargo, las válvulas que interconectan los TPM con los mezcladores varían. En la Tabla 10 se puede ver el tipo de válvula por material. Tabla 10: Características de las válvulas que conectan los tanques de premedidas con los mezcladores # Materia Prima Tipo de válvula Calibre 1 Activo Bola 2" 2 No iónico Bola 2" 3 Quelante Bola 1" 4 Controlador de ph Bola 1/2" 5 Preserverante Bola 1" 6 Perfume Ternura Mariposa 1" 7 Perfume Limón Mariposa 1" 8 Perfume Toronja - mandarina Mariposa 1" 9 Perfume Naranja Mariposa 1" 10 Perfume Lavanda Bola 1" 11 Perfume Floral Bola 1" 12 Perfume Ola de Limpieza Bola 1" Los mezclados de cada versión son de 2850 litros, es decir un 90% de la capacidad del tanque aproximadamente; esto se debe a que la capacidad actual del suministro de agua no permite realizar mezclados de 3200 litros. Una vez realizado el producto se debe almacenar. La planta cuenta con 4 tanques de almacenaje, también llamados tanques de patio, para las 7 versiones, esto quiere decir que no se dispone para las líneas de llenado las 7 versiones al mismo tiempo; también indica que debe existir una planificación de producción de forma tal que se aproveche al máximo dichos tanques. Las salidas de los tanques de Batch se conectan a una bomba que distribuye a 4 tuberías, una para 2 Para los tanques de un volumen mayor a 1000lts y que funcionan como mezcladores se contempla un 15% del volumen adicional para la construcción del tanque; de esta forma se garantiza el libre movimiento de la solución. 31

46 cada tanque de almacenamiento. Las características de la bomba y de las tuberías se muestran a continuación: Tabla 11: Características de las tuberías de transferencia a los tanques de almacenamiento Tanque Material de la tubería Calibre 1 PVC 3" 2 PVC 3" 3 PVC 3" 4 PVC 3" Tabla 12: Característica de la bomba de transferencia de producto a los tanques de almacenamiento # Material Tipo de bomba Calibre 1 Solución Válvula check tipo Material de contacto Desplaz. Positivo 2" Bola Polipropileno No Variador de frecuencia En la Fig. 12 se muestra las fronteras del sistema de mezclado. Energía eléctrica Aire comnprimido Desinfectante /sanitizador Agua acondicionada para el producto Resultado de análisis de agua Activo, Preserverante Activo, Preserverante, No No iónico, iónico, Ácido, Surfactante, Quelante, Perfume, Colorante Mezclado Mustras Muestras Producto elaborado Resultado de análisis Fig. 12: Fronteras de la etapa de mezclado de elaboración de limpiadores. Las salidas de la etapa de control microbiológico se pueden observar como entradas en la Fig. 12, estas son el agua acondicionada y los resultados de análisis. Además de éstas, la entrada más 32

47 importante de la etapa de mezclado son las materias primas; luego de la transformación se logra como salida el producto elaborado listo para ser envasado. Para lograr este proceso debe haber otras entradas como la energía eléctrica que alimenta a los dispositivos eléctricos del proceso, el aire comprimido que alimenta a los equipos neumáticos y finalmente una solución desinfectante usada para limpiar los tanques de acuerdo a la planificación de limpieza Sistema de almacenaje del producto En la Fig. 13 se puede observar el sistema de almacenaje del producto. Tanques de almacenamiento Fig. 13: Esquema del Sistema de almacenaje del producto. Como se observa, cada tubería de salida de los Batch a la bomba y cada tubería de los tanques de almacenamiento cuenta con una válvula que permite o no el paso de producto. De esta forma si se desea enviar el producto del Batch 2 al tanque de almacenamiento 3, se abren las válvulas correspondientes y se enciende la bomba. El sistema de almacenamiento del producto cuenta con 4 tanques de almacenamiento. Estos tanques se comunican con las líneas de llenado de botellas. En la Tabla 13 se muestran las características de los tanques de almacenamiento. 33

48 Tabla 13: Características de los tanques de almacenamiento Tanque de patio Volumen (m 3 ) Material Altura Radio Medidor de nivel 1 17 Fibra De vidrio Sensor Tipo radar 1 17 Fibra De vidrio Sensor Tipo radar 1 17 Fibra De vidrio Sensor Tipo radar 1 17 Fibra De vidrio Sensor Tipo radar Cada tanque cuenta con un sensor de nivel que permite observar en un panel la cantidad de producto que se tiene en cada uno. Estos sensores son conectados a un controlador que muestra en un panel visual la cantidad de producto que hay en cada tanque. La utilización actual tanto del panel visual como del controlador es sólo para visualizar el estado de los tanques de patio, no existe ningún lazo de control en el proceso. En la Tabla 14 se pueden observar las características de los sensores de nivel tipo radar que están actualmente en los tanques de almacenamiento del sistema. Tabla 14: Especificaciones técnicas de los sensores de nivel de los tanques de patio Parámetro Especificación Tecnología Radar Banda K (>20GHz) Aplicación Tanques con Líquidos Agresivos con requerimientos sanitarios Alimentación 24VDC Salida 4-20mA Rango de Medición 0 a 10m Precisión ± 5 mm Antena Encapsulada Tipo Cono (corneta) / 40mm de diámetro Material Polímero de Alta Resistencia Conexión Eléctrica 1/2" NPT Temperatura del proceso - 40 a +80 ºC Estos sensores tienen además un módulo de programación y visualización que consta de una pantalla de cristal líquido con teclado integrado que permite configurar los dispositivos para la aplicación específica a la cual serán expuestos (las dimensiones de los tanques entre otros). 34

49 No existe un orden de adición ni un tanque reservado para alguna versión de limpiador, sino que se opera con una planificación previa de producción que depende de la demanda de cada versión y la cantidad en inventario de producto terminado. Producto elaborado Resultado de análisis Almacenaje del producto elaborado Producto elaborado Fig. 14: Fronteras de la etapa de almacenaje de la elaboración de limpiadores. La última etapa tiene una función netamente de almacenaje, esto implica que no hay transformación. En la Tabla 16 se puede observar que las entradas son las salidas de la etapa de mezclado y que éstas se repiten en la salida de la etapa de almacenaje. El producto se descarga de los tanques de almacenamiento hasta las líneas de llenado de la planta. Una vez descrito los esquemas de entradas y salidas de cada una de las etapas, se puede construir uno de las entradas y salidas del proceso completo de manufactura de desinfectantes. Dicho esquema se conforma con las entradas de la etapa de control micro, las salidas de la etapa de almacenaje, además las entradas adicionales de la etapa de mezclado. Se puede observar en la Fig. 15. Energía eléctrica Aire comnprimido Desinfectante /sanitizador Agua de la red de distribución pública Activo, Activo, Preserverante, No No iónico, Ácido, Quelante, Surfactante, Perfume, Colorante Manufactura de limpiadores Mustras Muestras Producto elaborado Resultado de análisis Fig. 15: Fronteras del sistema de manufactura de limpiadores Layout A continuación se presenta un esquema con la ubicación relativa de cada etapa del proceso. 35

50 Materias primas Tanques de pre medidas Mezanine 1 Balanza Zona de pesaje y adición del colorante Mezanine 2 Batch 1 Batch 2 Materias primas Tanques de patio Dique de contención Tanque de patio 1 Tanque de patio 2 Torre de contacto Ozonador Suavizador Tanque de patio 3 Tanque de patio 4 25 metros Dique de contención Tanque 400 Filtro de arena Filtro de arena Fig. 16: Esquema del layout del proceso. En la parte inferior derecha de la Fig. 16 se puede observar parte de la etapa de control microbiológico del proceso, el tanque 400 y los filtros de arena; el resto de esta etapa se ubica poco más de 25 metros cerca de la entrada de la etapa de mezclado donde se ubican el suavizador de agua y el ozonador. El mezclado se localiza en la parte superior izquierda del layout, está 36

51 conformado por 2 mezanines. En la Fig. 17 se puede observar un bosquejo desde una perspectiva horizontal de esta etapa. Tanques de pre medidas Mezanine 1 Zona de pesaje y adición del colorante Mezanine 2 Materias primas Batch 1 Batch 2 Fig. 17: Vista horizontal de la etapa de mezclado. La planta cuenta con dos mezanines, en la más alta se ubican todos los tanques de premedidas de los materiales. En la más baja es donde se pesa y se adiciona el colorante en los Batches. Para acceder a estas áreas, se dispone de dos escaleras en el lado derecho de los Batches. Las materias primas son colocadas alrededor del área de los mezcladores; éstos últimos se ubican en el centro del proceso como se pueden ver en la Fig. 17. Finalmente, los cuatro tanques de patio de la etapa de almacenaje se pueden observar en la Fig. 16 a la derecha de la etapa de mezclado. Estos tanques se ubican dentro de un dique de contención para prevenir grandes derrames en el caso de rompimiento de alguno de los tanques. Cabe destacar que el tanque 400 también cuenta con un dique de contención. El área que abarca 37

52 todo el proceso es extensa, el operador debe recorrerla a plenitud por lo menos una vez en cada turno CONTROL SUPERVISORIO Con el paso del tiempo las operaciones y necesidades de las industrias se han vuelto más complejas. Los sistemas de control ya no se enfocan sólo en las variables de los procesos sino en la supervisión de toda la operación, en garantizar que todas las acciones se lleven a cabo en un orden específico; de esta idea nace el control supervisorio. El control supervisorio se define como el uso de caracteres o señales para la actuación automática de equipos o indicadores [7]; es un sistema que monitorea o supervisa las condiciones de un proceso y opera equipos mecánicos para llevar a cabo un determinado fin. Además estos sistemas facilitan la operación desde una estación remota. El presente estudio involucra un sistema de control supervisorio, pero además, incluye herramientas adicionales que aumenta la jerarquía del sistema de control; ya no se refiere a un control supervisorio solamente sino a un sistema que además es capaz de adquirir data de un proceso, archivándola para obtener los resultados históricos del sistema controlado; brindándole así la opción al usuario de conocer las condiciones y resultados del proceso a través del tiempo. Este tipo de sistema mucho más completo, entra en los sistemas de control supervisorio y adquisición de datos, SCADA SISTEMAS SCADA SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Adquisition", es decir: adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una aplicación de software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. [3]. Un sistema SCADA cumple cuatro funciones: Adquisición de data, Comunicación de data a través de redes, Presentación de la data y Control [8]. 38

53 Adquisición de data La primera función es tomar la información con la cual va a trabajar el sistema. Como se mencionó anteriormente, este tipo de sistema controla un proceso específico y puede entregar reportes de operación, sin embargo para lograr esto en primer lugar se deben adquirir los datos del proceso para después analizarlos y procesarlos. Esta toma de información del proceso se realiza por medio de sensores, los cuales pueden medir tanto variables que entran al sistema (como el caudal del agua que entra en un tanque), o variables que salen (como la temperatura después de la unión de dos materiales). Estas señales que se miden pueden clasificarse en dos tipos, digitales y analógicas. Las primeras son discontinuas y trabajan solamente con dos valores (encendido/apagado) mientras que las señales analógicas son continuas, variando entre un valor mínimo y otro máximo. Para realizar la adquisición de datos de un proceso se debe realizar un estudio detallado del mismo, evaluar las opciones de instrumentación para adquirir la data y escoger la que mejor se adapte a los objetivos del sistema; una vez hecho esto, se puede comenzar a pensar en procesar la data, entre otras cosas Comunicación de data a través de redes Como se mencionó anteriormente, es necesario en un primer momento adquirir la data, de esta forma, se deben instalar en el sistema numerosos sensores; el objetivo es que estos dispositivos sean monitoreados desde una estación remota; para lograr esto debe implementarse una red que permita la comunicación de todos los dispositivos del sistema. En los comienzos de la tecnología de los sistemas SCADA las comunicaciones se hacían sobre protocolos cerrados vía módems o serial entre otros; hoy en día las redes de estos sistemas se han inclinado por utilizar protocolo Ethernet o IP. Por razones de seguridad estas redes son LAN desconectadas de Internet u otras redes como Intranet que puedan estar en las cercanías del proceso (en la compañía dueña del proceso por ejemplo). Cabe destacar que los dispositivos de adquisición de data de hoy en día, pueden interpretar protocolos de comunicación por ellos mismos; de esta forma, se puede crear una red de comunicación directamente desde los dispositivos hasta el controlador principal del sistema. 39

54 En la actualidad existen diversas redes de comunicación para los sistemas de supervisión y control. Se han desarrollado una gran variedad debido a la diversidad de requerimientos que existe en la industria. Existen procesos pequeños, grandes, con dispositivos modestos, con dispositivos más complejos y autónomos, procesos críticos dispuestos a pagar mucho dinero por la red más confiable, procesos no tan críticos obligados a buscar lo que mejor se adapte al mejor precio; entre numerosos casos más. A continuación se presenta una descripción de los protocolos de comunicación más utilizados en automatizaciones industriales. 4-20mA: Es un estándar de comunicación para redes de control industrial que consiste en una señal analógica entre 4mA y 20mA. El 4-20mA es de bajo nivel y se utiliza para comunicar a los controladores de los sistemas industriales con los dispositivos que componen la instrumentación de los mismos. En el rango 4-20mA el valor de 4mA implica una medida igual a cero, y los 20mA indican una medición nominal. La razón por la cual el cero se representa con 4mA y no con 0mA es para diferenciar un conector roto o un equipo dañado con una medición nula. Este protocolo de comunicación es utilizado todavía en la actualidad a pesar de tener más de 50 años desde su creación. La razón por la cual se mantiene todavía es su bajo costo y facilidad de manejo. Los protocolos que le siguen son el Fieldbus y el Profibus, creados basados en el 4-20mA. Fieldbus (Field Bus): Hace décadas los dispositivos de campo tenían poca, si tenían, comunicación entre ellos, además el procesamiento en tiempo real era muy limitada. En la década de los ochentas se realizó un esfuerzo considerable para desarrollar un estándar para los dispositivos de campo (FieldBus) [9]. Field Bus es un protocolo de comunicación para redes de control industrial, creado para sustituir el 4-20mA. Es digital y bidireccional. Conecta los controladores de los sistemas con los dispositivos de campo del proceso. La particularidad de este protocolo es que los dispositivos utilizados traen un centro de computo de bajo costo que permite que dichos equipos puedan ejecutar tareas por si solos. De este modo el controlador se puede comunicar con los dispositivos generando una red bidireccional. Los dispositivos que se comunican con este protocolo son inclusive inteligentes, pueden reportar si existe una falla en su etapa del proceso o simplemente el estado actual del mismo. 40

55 Fieldbus es la primera generación de protocolos que permite esta comunicación y control autónomo por parte de los dispositivos de campo. Profibus (Process Field Bus): Creado en 1989 por un consorcio de compañías e instituciones, PROFIBUS se ha convertido en el Fielbus más popular en manufactura digital y control de procesos. Es la tecnología madura, ideal para apoyar sistemas de automatización modernos [10]. Existen tres tipos: Profibus FMS (Field message Specification): Es usado bajo el modelo cliente servidor entre dispositivos de automatización. Profibus DP (Decentrallised Periphery): Es usado para conectar dispositivos sensores y actuadores remotos con controladores industriales a velocidades altas de comunicación. Profibus PA (Process Automation): Es usado para comunicar dispositivos de campo con controladores industriales, con una transmisión intrínsecamente segura. Además permite trasmitir potencia por las líneas de conexión. Modbus: Es un protocolo de comunicación de la capa de aplicación posicionado en las 7 capas del modelo OSI. Provee una comunicación tipo cliente/servidor entre los dispositivos conectados en tipos diferentes de buses o redes [11]. Es también muy popular en las redes de control de los sistemas automatizados. Las principales razones del amplio uso en el área son: Es un protocolo abierto. Puede ser implementado en un corto tiempo. Es capaz de trasmitir gran cantidad de datos sin restricciones de por medio. Modbus puede ser utilizado en redes de supervisión y control con muchos dispositivos conectados. Es ampliamente utilizado en sistemas SCADA. Cabe destacar que este protocolo se puede conectar vía serial o Ethernet. DeviceNet: Es un protocolo de aplicación para redes de control en procesos industriales. Un protocolo de más bajo nivel (de enlace por ejemplo) trasmite la información sin importar el contenido, mientras que el protocolo de aplicación utiliza la data enviada para ser procesada [12]. En la capa de enlace que este protocolo utiliza es el estándar del área de control de redes CAN 41

56 (por sus siglas en ingles Controller Area Networking). CAN es un estándar de comunicación serial inteligente para establecer comunicación entre los dispositivos de una red. A diferencia de otros, CAN puede trasmitir data hasta sólo 1M baudios por segundo, sin embargo la mayoría de las redes de supervisión no necesitan esta velocidad; también puede enviar sólo 8 bytes por mensaje, suficiente para los requerimientos en el área de control y para soportar a DeviceNet. Las ventajas principales de este protocolo son: Tiene una robusta capa física. Es un protocolo abierto. Requerimientos bajos de memoria del procesador. Es una tecnología de bajo costo. ControlNet: es una tecnología de red de control para procesos industriales en tiempo real. Es usado para transportar data crítica y codificada. ControlNet tiene una alta eficiencia de transmisión de data a una velocidad alta. Permite comunicación con entradas y salidas que cuentan con un mejor desempeño en comparación a otras tecnologías. Es una red altamente confiable y determinística [13], y no se ve afectada por averías o desconexión de dispositivos. ControlNet es altamente utilizado en las siguientes aplicaciones: Sustitución de redes universales de entradas y salidas remotas (RIO) debido a que ControlNet maneja grandes cantidades de entradas y salidas. Acople de múltiples redes que trabajan bajo DeviceNet. Redes de entradas y salidas de alta velocidad. Como se puede observar, este protocolo dispone de mayor confiabilidad, robustez y velocidad para las aplicaciones más exigentes. Por ello, esta tecnología es costosa en comparación a las menos robustas como DeviceNet. Ethernet: es una tecnología para interconexión de redes locales. Define estándares de cableado y señalización para la capa física del modelo OSI. Ethernet se ha convertido tan común en la capa física de comunicación en la tecnología de automatización desde que ha logrado comandar la industria de redes desde un nivel de inter control. Incluso, la importancia de los costos ha 42

57 empujado el desarrollo de la tecnología de Ethernet hacia el desplazamiento de fieldbus tradicional en muchos usos industriales [14]. Superior a la capa física, Ethernet envía datos por paquetes, pequeños bloques de datos que son enviados de forma individual. Esta tecnología ha presentado cambios en la capa física desde sus inicios con el objetivo de lograr velocidad, en un principio se utilizaban cables coaxiales para trasmitir la información pero después evolucionó a cables punto a punto, uso de switches, hubs, para disminuir costos; alcanzando velocidades mayores a 1Gbytes por segundo. Sin embargo, mantiene el formato de los paquetes de datos para trasmitir la data. Es un protocolo de enlace. Hart: Es un protocolo de comunicación digital para redes de control industrial. Hart extiende el protocolo 4-20mA a una comunicación mejorada con instrumentos de campo inteligentes (capaces de realizar procesamiento). Fue diseñado para establecer comunicación utilizando la señal del 4-20mA; de esta forma logró tener compatibilidad con todas las redes existentes que utilizan 4-20mA. Gracias a esto, los usuarios escogieron este protocolo ya que el cambio no acarreaba mayores costos pero si mayores beneficios. Aumenta las funcionalidades de los sistemas sobre el 4-20mA, agrega más información a la comunicación base, configuración de dispositivos, calibración averías, entre otras opciones que robustecen dichos sistemas. Incluso, el protocolo Hart es la tecnología de comunicación más usada con la instrumentación de procesos inteligente de hoy. El protocolo Hart sigue creciendo en la popularidad y el reconocimiento en la industria como un estándar global para la comunicación de instrumentos inteligentes. Más de las dos terceras partes de todos los instrumentos inteligentes que se comunican hoy usan Hart [15] Presentación de la data. Una vez adquirida la data y establecida una red de comunicación coherente en el sistema, los sistemas SCADA permiten una visualización de las variables controladas y manipuladas para un monitoreo del proceso. Esta visualización se enfoca hacia el usuario del sistema con una aplicación especializada por medio de una interfaz de usuario, llamada HMI por sus siglas en inglés Human Machinen Interface que significa interfaz hombre máquina. En la actualidad existen modernas HMI, con más funciones y facilidades para el usuario, mejores y más claras imágenes con un diseño para fácil manejo. 43

58 La presentación de la data tiene como funciones específicas monitorear todos los sensores para alertar en caso de una alarma (que es el caso cuando una variable de control sale de los parámetros normales de operación) y para simplemente indicarle al usuario el estado de las variables; presentar el sistema de una forma básica y entendible y brindar más detalle según los requerimientos del usuario; finalmente presenta reportes de la operación así como también reportes históricos del proceso, de estos reportes pueden salir procesamientos de información como lo establezca el usuario. Cabe destacar que un buen sistema SCADA puede sostener un nivel de procesamiento elevado para administrar el proceso, obteniendo resultados eficientes, haciendo el trabajo del usuario más sencillo. HMI: la interfaz hombre máquina es una terminología utilizada para la capa, parte, etapa, que separa al usuario de la máquina. Esta capa le brinda al usuario información del sistema para que éste tome acciones y retroalimente a la máquina para ejecutar una actividad específica. A través del tiempo las HMI han evolucionado a versiones de software mejoradas, que brindan cada vez mayores funcionalidades, gráficas, imágenes, que le permiten al hombre entender más fácilmente los procesos que la máquina o el sistema que manejan Control La presentación de la información descrita previamente sólo muestra por medio de una HMI el proceso que controla el sistema SCADA. Sin embargo, en el momento que la HMI tenga un botón que permita regular alguna variable, entonces se está recurriendo a una etapa de control del sistema. Este botón puede por ejemplo, encender o apagar un dispositivo. Ahora bien, si se extiende por ejemplo, este concepto a un proceso más complejo como el control de un ferrocarril o de una planta manufacturera, se puede encontrar la manipulación de cientos dispositivos desde un panel por medio de una HMI que necesitarían un buen centro de control que ejecute los pasos necesarios para operar el proceso. Este sistema de control responde a todas las entradas donde quieran que se encuentren en la operación; si el sistema reacciona de forma indeseada o se quiere dar un cambio a la operación, el usuario puede dominar sobre el sistema para cambiar la operación del proceso. Por ejemplo que en un ferrocarril se desee cambiar la ruta de la que constantemente se maneja. Como se puede 44

59 observar, si se tiene un sistema de control lo suficientemente sofisticado, la operación se puede ejecutar sola sin la necesidad de un operador, existiendo por supuesto la posibilidad de tener el dominio sobre dicho sistema como se explicó previamente. En la actualidad los sistemas SCADA controlan constantemente procesos industriales para regular las distintas variables que se encuentran en las industrias: válvulas de líquidos, de vapor, sensores de presión, de nivel, entre cientos de opciones más ANTECEDENTES La elaboración de detergentes Lavansan se realiza en varias plantas de Procter & Gamble en el mundo; en Argentina por ejemplo se ubica otra manufacturera de este producto. A pesar de que mucho de los procesos, fórmulas, equipos y estándares son únicos por región, existen también muchas áreas en donde se asemejan las plantas de producción. La planta de Argentina laboraba de forma manual toda la operación de manufactura de desinfectantes hasta que se implementó un sistema automatizado en el proceso. Este sistema consistió en computarizar las tareas del operador para que los batidos del producto se ejecutaran de forma automática. Los resultados de la implementación de este sistema en Argentina fueron positivos, se logró disminuir el tiempo de batido de la manufactura, aprovechar mucho más el personal del área, redujeron los análisis de laboratorio de las muestras, entre otros. En general el proceso y operación de la planta de Argentina es muy distinta a la de Barquisimeto, sin embargo brinda un caso exitoso de automatización para procesos de mezclado. Con esta referencia, la gerencia de la planta habilita un soporte adicional para el desarrollo del sistema ya que está demostrado que trae consigo beneficios considerables para la planta. 45

60 CAPÍTULO IV MARCO METODOLÓGICO 4. 1 METODOLOGÍA DE DISEÑO Para realizar tanto el diseño del sistema como del simulador se siguió a lo largo del desarrollo de la pasantía una metodología bien definida. Dicha metodología, llamada metodología de diseño, es el medio práctico para llevar a cabo el proyecto con éxito. Este procedimiento abarca desde el comienzo del estudio hasta la implementación del proyecto, pasando por la culminación de todos los objetivos de la pasantía que se encuentran dentro del alcance del proyecto Planteamiento del problema En esta primera etapa es donde surge la necesidad de hacer algo; inclusive al comienzo se desconoce el qué y el cómo hacerlo, sólo surge una necesidad por parte de la empresa, raíz de requerimientos puntuales del negocio o de la planta como tal. En la Fig. 18 se puede observar los pasos de esta primera etapa. Cuál es la necesidad? Beneficios vs. Inv. de capital Diseño del proyecto Fig. 18: Pasos del planteamiento del problema. Es importante definir el planteamiento del problema ya que es la razón del proyecto, es la base de todo el trabajo. En primera instancia se tiene que definir cuál es la necesidad; cuál es el fundamento de la idea, la salida de este paso es la definición del problema y su justificación. Ahora bien, el segundo paso implica la evaluación de los beneficios del proyecto en función de un estimado de la inversión de capital necesaria. Este valor se determina por la experiencia de proyectos similares que ya se hayan ejecutado; de esta forma se construye una perspectiva de la

61 factibilidad económica. La salida de este segundo paso es la decisión de si se va a realizar el proyecto o no. En estos dos pasos están involucrados los gerentes de la planta, los dueños de la operación del proceso y el dueño del proyecto. Finalmente, la última etapa del proyecto es el diseño del mismo. El resultado de este paso es el presente trabajo, donde se exponen los requerimientos necesarios para pasar al siguiente Diseño del proyecto El diseño del proyecto a su vez, se divide en tres grandes etapas. En la Fig. 19 se muestran los pasos del diseño. Visualización Conceptualización Definición Fig. 19: Pasos del diseño del proyecto. Visualización En esta etapa se realiza el diseño conceptual del proyecto. Se define qué se realizará desde un punto de vista conceptual, es decir, se debe plasmar la solución del proyecto con ideas generales de diseño. En esta etapa se realiza el diagrama general del sistema y del simulador, además de levantar toda la información necesaria para realizar el mismo. Conceptualización En esta parte se realiza el diseño básico del proyecto. Se afinan los diseños hasta el punto de no tener puntos vacíos; todo debe estar cubierto, diseñado. Se detallan aún más los diagramas, se definen los equipos a utilizar, el software, entre otros. Definición Finalmente, se realiza la ingeniería en detalle del proyecto. En esta etapa se toma la conceptualización y se detalla completamente. Se señala toda la información necesaria para que 47

62 un tercero pueda implementar el proyecto. Se extienden los diagramas a planos eléctricos, mecánicos, electrónicos, etc. Finalizado el diseño se procede a la puesta en marcha del proyecto. El alcance del presente trabajo no es implementar el diseño, sin embargo, es importante conocer la metodología que se lleva a cabo en ejecución para que se pueda presentar el diseño adecuadamente Puesta en marcha del proyecto Una vez presentado el diseño en detalle del proyecto, se procede a la ejecución. La puesta en marcha consta de tres etapas. Éstas se muestran en la Fig. 20. Implementación Operación Mantenimiento Fig. 20: Pasos de la puesta en marcha del proyecto. Implementación En la implementación del proyecto se hacen realidad los escritos del diseño. Se adquieren los equipos, se contrata mano de obra calificada, se instalan los equipos y el software a utilizar. Se calibran los instrumentos, se configuran los ordenadores y programas, se coloca el cableado, se colocan las señalizaciones, etcétera. Una vez culminada la implementación, el sistema ya está listo para ser utilizado; incluso, son parte importante de la implementación las pruebas iniciales de funcionamiento del diseño. Operación Una vez implementado el diseño se procede a utilizarlo. Sin embargo, para usar correctamente el sistema, según las especificaciones de los proveedores de los equipos y del diseñador del proyecto, se debe entrenar al personal. De esta forma se asegura el uso adecuado durante la operación. Incluso, a la hora de algún problema menor, el personal debe estar capacitado para resolver estos inconvenientes. 48

63 Mantenimiento Finalmente, el mantenimiento es una etapa que nunca termina. Se debe realizar un mantenimiento preventivo del sistema en general, así como también de los equipos, del software, entre otros. De esta forma se mantiene el tiempo de vida útil del sistema, garantizando que el tiempo de aprovechamiento del proyecto sea el mismo que se prometió en el inicio del mismo. Cabe destacar que al igual que la operación, el mantenimiento lo debe realizar el personal calificado y entrenado para esta tarea Cronograma del proyecto Una vez definida la metodología de diseño, se presenta a continuación la aplicación de esta metodología en el proyecto de estudio. De este modo, se define un cronograma de trabajo para la ejecución del trabajo; en este cronograma se exponen las actividades detalladas para cumplir con todo el plan metodológico con el objetivo de culminar el proyecto para la fecha prevista. Visualización Definición del proceso actual Realización del diagrama general del proceso Definición de la operación actual Realización del diagrama de operación Búsqueda de desarrollos similiares dentro de planta Búsqueda de desarrollos similiares fuera de planta Definición de la operación deseada Realización del esquema de la operación deseada Realización del diagrama general del sistema a implementar Conceptualización Definición de la instrumentación a implementar Realización del diagrama de instrumentación del proceso Definición del sistema de control a implementar Realización del diagrama del sistema de control a implementar Realización del Desarrollo diagrama del sumilador simulador del a implementar sistema Definición Definición del diseño en detalle de la instrumentación a implementar Definición del diseño conceptual del sistema de control a implementar Desarrollo del simulador del sistema Corrida del simulador del sistema Realización del estudio de costo del sistema automatizado Realización del analisis financiero del proyecto Presentación de los resultados Semanas Las actividades se dividen por las etapas descritas en la metodología de diseño: Visualización, conceptualización y definición. Contemplando así todas las actividades requeridas para lograr con éxito el desarrollo del sistema automatizado. 49

64 4. 2 NORMAS DE CALIDAD Para el desarrollo del presente estudio se tomaron en cuenta las normas de calidad de la empresa. Estas normas están disponibles en cada departamento y el uso de las mismas es obligatorio para el diseño de proyectos de ingeniería. En el apéndice B se presentan dichas normas NORMAS DE SEGURIDAD Para trabajar en las áreas de la operación, se deben seguir las normas de seguridad de la planta. Inclusive, cuando un trabajador ingresa a la compañía, se le dicta un curso obligatorio de seguridad general de la planta. El presente estudio fue realizado cumpliendo con cada una de las normas establecidas en el apéndice C. 50

65 CAPÍTULO V SISTEMA SCADA PARA EL PROCESO DE MANUFACTURA DE LIMPIADORES 5. 1 OPERACIÓN DEL PROCESO En el marco teórico del presente trabajo se expuso el proceso que se lleva a cabo para la elaboración de desinfectantes líquidos. A continuación se expone la operación de dicho proceso, es decir, los pasos que se llevan a cabo en cada etapa de la producción. Las descripciones de la operación se dividirán por etapas, las mismas que se definieron en la explicación del proceso: el control microbiológico del agua, el mezclado de todas las materias primas involucradas y finalmente el almacenaje del producto elaborado. La operación del proceso de manufactura de limpiadores es ejecutado por un operador por turno; la planta labora las 24 horas del día en tres turnos de trabajo, en cada turno hay un operador ejecutando todas las tareas necesarias Control microbiológico del agua El agua que sale del proceso de manufactura es utilizada no solo en la elaboración de limpiadores sino en otros productos, sin embargo, el encargado de ejecutar las actividades correspondientes de este proceso es el operador del proceso de manufactura de desinfectantes. En la Fig. 21 se presenta el diagrama de flujo del operador correspondiente a esta etapa del proceso. Al inicio del turno el operador debe dirigirse al tanque 400, allí mide el nivel de agua del tanque por medio de un visor lateral que posee el estanque, esta información le permitirá al operador saber cuántos litros de agua contiene. No hay necesidad de que el operador abra la válvula para que el tanque se llene nuevamente en caso de ser necesario ya que esta tarea se lleva a cabo automáticamente por un pequeño sistema de control ubicado en el sistema de entrada del recipiente. Luego el operador toma una muestra de agua del tanque por una pequeña salida que posee éste, realiza un análisis de ppm de cloro con un kit manual de medición.

66 No ph de entrada igual salida? Pasar agua por el suavizador Preparar y agregar solución de ácido peracético Si Preparar y agregar Salmuera No Tomar muestra de agua Nivel de ppm correcto? Si Ir a torre de contacto INICIO Ir al suavizador de agua Correcto Ir a tanque 400 Medir el nivel de agua del tanque Medir ppm de cloro con el kit manual Valor de ppm? Bajo Funciona el equipo? Si Se le agrega cloro al tanque con la bomba Alto Se le agrega Tiosulfito al tanque No Se le agrega cloro manual al tanque Se espera 30min Fig. 21: Diagrama de flujo 1 del operador para el control microbiológico del agua. Medir ph Nivel de ph entre 6.5 y 7.8? Si Observar valor de las ppm de ozono. Están entre ? Si Abrir loop de agua Drenar el agua No, más alto Cargar más agua en el ozonador Calibrar bomba de inyección de ácido Esperar 10 min La bomba funciona correctamente? No Preparar ácido Agregar ácido Fig. 22: Diagrama de flujo 2 del operador para el control microbiológico del agua. 52

67 Este procedimiento consiste en agregarle un químico a la muestra del agua, esperar 5 minutos para que la muestra tome color y comparar dicha tonalidad con un patrón de colores que trae el kit; el patrón de colores trae consigo una serie de valores de ppm de acuerdo a cada tonalidad, con esto, el color que se asemeje a uno del patrón proporcionará el valor de las ppm de cloro en el agua. El valor requerido para esta variable es de 2ppm. El rango de error permitido es de 0.2ppm. En caso de que el valor no esté entre los parámetros requeridos se debe bajar o subir las ppm dependiendo del caso. Si están más altas a 2.2 ppm, el operador debe preparar una solución de tiosulfito 3 para hacer reaccionar al cloro y así disminuir su cantidad en el agua; la cantidad a agregar de tiosulfito depende de la cantidad de agua que contenga el tanque 400. Por el contrario, si la cantidad de cloro en el agua es baja, el operador debe agregarle hipoclorito al tanque para nivelar el cloro; posteriormente, se debe esperar treinta minutos para que las soluciones se unan y se vuelve a repetir el proceso hasta que el nivel de cloro sea el adecuado. Para el siguiente paso, el operador debe dirigirse al suavizador de agua, allí vuelve a tomar una muestra de agua para medir el nivel de minerales y así definir si cumple con los estándares. En caso de que no cumpla el operador debe bajar o subir las ppm dependiendo del caso. En cualquiera que sea el caso, el operador prepara una salmuera y la agrega al suavizador, además agrega ácido paracético, una vez hecho esto se hace pasar agua por el suavizador hasta que el ph 4 de la entrada sea igual al de la salida; luego se repite la medición de ppm hasta que el valor esté dentro de los estándares. El ozono es la próxima variable a medir, para ello, el operador se dirige a la torre de contacto. Allí se mide el ph del agua, el valor debe estar entre 6.5 y 7.8; debería estar entre este valor porque la torre de contacto tiene un sistema automático de control de ph, sin embargo, la bomba de inyección de ácido se descalibra regularmente por lo que hay que medir constantemente dicha variable. Si el valor está fuera de estándar, se debe calibrar la bomba de inyección de ácido, cuando la bomba vuelve a funcionar correctamente, se le agrega el ácido y se espera diez minutos para repetir la medición de ph. Al momento de que el valor de ph del agua en este punto esté dentro de los estándares, se observa las ppm de ozono en el panel del ozonador. Esta variable la controla automáticamente este equipo. Una vez que las ppm estén dentro de los estándares se abre el loop de agua y se carga (agrega) más agua al ozonador. Con esto culmina el control 3 Tiosulfito de sodio 4 Las mediciones de ph se llevan a cabo el los laboratorios de la planta de limpiadores. 53

68 microbiológico del agua. El agua queda acondicionada para la siguiente etapa del proceso de elaboración de limpiadores. Se puede observar que el control de todas las variables depende de las actividades que realiza el operador. El control de cloro se lleva a cabo en cada turno y resto de las variables se supervisan cada vez que se comienza el mezclado de las materias primas. Además cabe destacar que la ubicación física de la primera etapa está separada de la segunda, por lo tanto, cada comienzo de turno o de mezclado, el operador debe dirigirse hacia el control microbiológico de agua y realizar este procedimiento. Para encontrar las oportunidades de reducción del tiempo de producción de limpiadores, se realizó un estudio de tiempos para cada una de las actividades de la etapa de control microbiológico. El procedimiento para ello fue ir a la operación y medir con un cronómetro cada actividad que el operador realizaba. En la Tabla 15 se observa los tiempos respectivos a las actividades descritas previamente. Tabla 15: Tiempos de las actividades de la operación del análisis micro del agua # Actividades Tiempo (min.) 1 Análisis de agua del tanque 400m 3 y dureza del agua 20 2 Análisis de agua del suavizador. 5 4 Medir ph en la torre de contacto y chequear ppm de ozono 5 Total 30 El tiempo total de esta etapa es de 30 minutos sólo sí todas las variables están dentro de los estándares de calidad, en caso contrario el tiempo se extiende más. En la Tabla 16 se pueden observar los tiempos ocasionados porque los parámetros estén fuera de estándar. Tabla 16: Tiempos de las actividades de control de variables del agua # Actividades Tiempo (min.) 1 Control de ppm de cloro (una vez) 40 2 Control de minerales del agua (una vez) 30 4 Control de ozono del agua (una vez) 10 Total 80 54

69 El tiempo total para controlar todas las variables por lo menos una vez es de 80 minutos. En esta primera etapa el operador puede utilizar un tiempo considerable de su turno. Por ejemplo, para el operador del tercer turno (6 horas), ejecutar el análisis micro del agua, controlando todas las variables por lo menos una vez, toma el 30% del tiempo total de su turno; esto implica un reducción de la capacidad de producción de la planta considerable Mezclado El mezclado es la etapa más larga en cuanto a tiempo se refiere para el operador. Después de realizar el control microbiológico de agua al comienzo del turno, debe iniciar los batidos para cumplir con la planificación de producción de la semana. De esta forma, el líder de grupo le informa al operador que versiones debe hacer durante su turno. Una vez indicado se arranca la operación. En la Fig. 23 se puede observar el diagrama de flujo del operador para elaborar limpiadores de versiones no cítricas. Para comenzar un batido de una versión no cítrica, lo primero que debe hacer el operador es buscar un formato de las recetas no cítricas. En este formato, se señalan las cantidades a agregar por cada material, además, contiene unas tablas en blanco para que el ejecutor coloque los valores reales agregados durante su trabajo. Enseguida se enciende por 5 minutos la lámpara ultravioleta para eliminar las partículas de ozono debido a que la radiación es maligna para el personal. Una vez hecho esto se dispone de agua acondicionada para el batido. Como se mencionó en la descripción del proceso, cada tanque tiene un medidor visual de nivel, este instrumento se representa en la Fig. 24. El medidor tiene una escala en centímetros, de este modo se puede saber cuánto es el volumen del tanque con el nivel en centímetros del tanque. La relación de los centímetros y el volumen del tanque se miden para cada material y según esto se establecen las recetas tanto en kilogramos como en centímetros. Es decir, el formato de recetas le indica al operador cuántos centímetros debe agregar de cada material para ejecutar una versión en particular. El siguiente paso es agregar el agua en el tanque principal (en el mezclador) para la realización del batido. La forma de operar es la siguiente: Se abre la válvula de agua hasta que el nivel del tanque alcance los centímetros que indica el formato de la receta a elaborar. Después de esto se enciende el mezclador del tanque principal (3200lts). 55

70 INICIO Tomar la receta de la versión correspondiente Agregar materia prima NO 45 min transcurridos? Encender lámpara UV Encender mezclador SI Análisis de ph NO 5 min transcurridos? SI Agregar agua Dentro de las espec? NO Corregir batido SI Agregar materia prima NO 10 min transcurridos? Transferir batido FIN SI SI Análisis completo del producto Dentro de las espec? NO Corregir batido Fig. 23: Diagrama de bloques de la operación del mezclado de versiones no cítricas. Fig. 24: Modelo de los tanques de la operación. 56

71 La actividad que sigue es agregar las primeras materias primas. El procedimiento de adición de las materias primas tiene más actividades que la adición de agua; ya que como se describió en el proceso, cada materia prima tiene un tanque donde se pre miden los líquidos, así el operador debe bombear el material a estos tanques y allí realizar la medición. De esta forma, se puede observar el procedimiento para agregar una materia prima en el diagrama de la Fig. 25. Abrir válvula del material hasta que el nivel baje X cms Abrir válvula del material hasta que el nivel baje X cms SI Ver nivel tanque premedida del material Mayor a X cms? NO Bombear líquido al tanque Fig. 25: Diagrama de flujo de la adición de las materias primas en el tanque principal. En primera instancia el operador debe observar el nivel del tanque de premedida del material que va a agregar; si este valor es mayor a en número de centímetros a agregar según el formato de recetas (cantidad X en la Fig. 25) entonces se abre la válvula que conecta el este tanque con el principal (mezclador), hasta que el nivel sea igual al inicial menos la cantidad X necesaria; en caso contrario, que el nivel sea menor al necesario, se bombea el material pulsando un botón ubicado al lado del tanque, hasta que el nivel del tanque sea mayor al requerido. Este es el proceso que se lleva a cabo para agregar todas las materias primas excepto el colorante y el agua (que se agrega directamente al mezclador desde una tubería). Una de las materias primas es el colorante; éste se agrega de forma distinta al resto de las materias primas. En primer lugar, no es un líquido como el resto sino que es un polvo, uno diferente por versión. El colorante se agrega en el paso de Agregar materias primas de la Fig. 23. En la Fig. 26 se puede observar el procedimiento que se lleva a cabo para agregar el colorante. 57

72 NO Traer el colorante del estante Colocarse el equipamiento de seguridad Agregar colorante en un recipiente en ka balanza Igual a X gr? SI Agregar el colorante medido en el batch Guardar el colorante Quitarse el equipamiento especial Fig. 26: Procedimiento para agregar colorante al Batch. El colorante está almacenado en un estante cerca al proceso de manufactura de limpiadores. El operador acerca este material hacia la operación, donde se ubica una balanza digital; luego, el operador debe colocarse un traje especial, gorro, tapaboca y lentes como protección al colorante, ya que este es nocivo para la salud. Se mide un gramaje específico, señalado en el formato de la receta de la versión ejecutada, y se agrega al Batch por una abertura (con tapa) que tiene el tanque en su parte superior. Finalmente el operador coloca el colorante de nuevo en su sitio y se quita el equipamiento de seguridad, dejándose solamente los lentes y los protectores para los oídos (que debe tener en todo momento). Después de agregar las primeras materias primas se espera un tiempo de 45min para el primer batido; luego se toma una muestra por una boquilla del tanque para muestrear el ph de la solución. El resultado de esta medición debe estar dentro de los estándares de calidad del producto; de presentarse el caso contrario, se debe hacer una corrección al batido, bien sea agregando más del material faltante o diluyendo con agua la solución. Cabe destacar que este análisis de ph lo lleva a cabo el operador dentro de las instalaciones del laboratorio de microbiología, ubicado cerca del proceso. Al final de la operación se realiza un análisis completo del producto, en esa parte se detallará el proceso de corrección del batido (ver Fig. 27) Al pasar la prueba del ph, el proceso de elaboración continúa. Se agrega el resto de las materias primas con el mismo proceso mostrado en la Fig. 25 y se esperan 10 minutos más para 58

73 completar el segundo batido. Al completarse el tiempo se repite la toma de la muestra, sin embargo esta vez se realiza un análisis del laboratorio más completo: se mide el ph de la muestra, la cantidad de activo y de no iónico de la solución. En caso tal de que el producto elaborado esté fuera de estándar en uno de estos parámetros o tenga otra anomalía se ejecuta el procedimiento mostrado en la Fig. 27. Diluir batch FIN NO Desechar el batido Por debajo del estándar? SI Agregar material requerido NO ph Batido corregible? SI Variable fuera de estándar? Activo Por debajo del estándar? NO Diluir batch No iónico SI Diluir batch NO Por debajo del estándar? Agregar material requerido SI Agregar material requerido Fig. 27: Procedimiento a seguir l encontrar un parámetro fuera de estándar. En primera instancia se identifica la anomalía del producto y se define si es recuperable o no. Un ejemplo de un caso recuperable es que la cantidad de activo sea muy baja (se puede agregar lo que falta para cumplir con los estándares), otro por el contrario, puede ser una solución contaminada por microbiología, lo cual no se puede arreglar. Una vez definido el problema se decide si se desechará el batido o se corregirá; en caso de que se desear recuperar, se debe agregar o diluir la solución dependiendo del tipo de problema originado. Cabe destacar que tanto el personal del laboratorio o el operador, recurren constantemente a la experiencia para solventar estos casos rápidamente. 59

74 La operación de desinfectantes de versiones cítricas es similar pero con cambios en el orden de adición. En la Fig. 28 se muestra el diagrama de bloques de la operación del proceso para elaborar limpiadores cítricos. INICIO Tomar la receta de la versión correspondiente Agregar materias prima NO 10 min transcurridos? Encender lámpara UV Encender mezclador SI Agregar el 90% del agua total NO 5 min transcurridos? SI Agregar 10% del agua total 45 min transcurridos? NO SI Análisis de ph Dentro de las espec? NO Corregir batido SI Agregar materia prima NO 10 min transcurridos? Transferir batido FIN SI SI Análisis completo del producto Dentro de las espec? NO Corregir batido Fig. 28: Diagrama de bloques de la operación del mezclado de versiones cítricas. 60

75 La operación está alineada con el cambio de fórmula de las versiones cítricas con respecto a las no cítricas. Los pasos a seguir para la elaboración de estas versiones son las mismas descritas anteriormente, para la adición de las materias primas, del colorante y para corregir el batido. La diferencia principal es que en estas versiones se realiza un batido más que en las no cítricas y el orden de adición de las materias primas es distinto. Para el operador no hay mayor diferencia, sólo tiene que seguir dicho formato. Para encontrar las oportunidades de reducción del tiempo de producción de limpiadores, se realizó un estudio de tiempos para cada una de las actividades de la etapa de mezclado. El procedimiento para ello fue ir a la operación y medir con un cronómetro cada actividad que el operador realizaba. Para las versiones no cítricas los resultados fueron los siguientes. Tabla 17: Tiempos de actividades de elaboración de limpiadores no cítricos # Actividades Tiempo (min.) 1 Análisis de agua del suavizador 5 2 Medir ph en la torre de contacto y chequear ppm de ozono 5 3 Eliminación de ozono (lámpara UV) 5 4 Adicionar agua al Batch 10 5 Adicionar materias primas 3 6 Primer mezclado 45 7 Análisis de ph 3 8 Pesar colorante 5 9 Adicionar materias primas Segundo mezclado Análisis de ph 3 12 Análisis de muestra del Batch por laboratorio de calidad 3 13 Transferencia del Batch a tanques de patio 3 Total 115 El tiempo total del mezclado es de 115 minutos. Se puede observar que entre las actividades están dos del sistema de control microbiológico de agua, ya que éstas se ejecutan cada vez que se va a realizar un batido. El primer tiempo más elevado es el primer mezclado, sin embargo, este tiempo no es negociable, ya que lo define el estándar, es el tiempo que debe mezclarse los primeros materiales. Después de este tiempo, la adición de materias primas (incluyendo el agua) es el más alto con 28 minutos, lo cual representa un 24% del tiempo total. En la Fig. 29 se puede 61

76 observar la realización de un batido de forma cronológica (con los tiempos respectivos de cada etapa) para las versiones no cítricas. Material BCT(min) = 115 END Material 2 Material 3 Material 4 Material 5 Colorante Perfume Material 1 Agua tiempo (min) Control de agua Lámpara UV Mezclado Mezclado/Análisis Almacenaje Fig. 29: BCT de las versiones no cítricas. El tiempo total de la elaboración del batido se le denomina el BCT, por sus siglas en inglés Batch Cycle Time, Tiempo de Ciclo del Batch en español; para las versiones no cítricas el BCT es de 115 minutos. Las actividades a atacar para el presente trabajo son las de la etapa de mezclado del proceso de manufactura. Por lo tanto, el objetivo está en reducir los 102 minutos empleados para estas versiones, esto es quitándole al tiempo total, los 10 minutos iniciales del control micro del agua y los 3 minutos finales de la etapa de almacenaje. Como se pudo observar anteriormente, el tiempo mayor es el de la adición de materias primas con un 24% del BCT pero con un 27% del tiempo de la etapa de mezclado. En la Tabla 18 se pueden observar los tiempos de las actividades para la elaboración de las versiones cítricas de limpiadores. El tiempo total del mezclado es de 125 minutos, 10 minutos más que las versiones no cítricas, esto se podía esperar, ya que para elaborar estas versiones se ejecuta un tercer mezclado. Se puede observar que entre las actividades están dos del sistema de control microbiológico de agua al igual que en la Tabla 17, ya que éstas se ejecutan cada vez que se va a realizar un batido de versiones cítricas. El primer tiempo más elevado es el segundo mezclado, sin embargo, este tiempo no es negociable, ya que lo define el estándar, es el tiempo que debe mezclarse los 62

77 primeros materiales con el 100% de la cantidad de agua de la fórmula. Después de este tiempo, la adición de materias primas (incluyendo el agua) es el más alto con 29 minutos, lo cual representa un 23% del tiempo total. En la se puede observar el BCT para estas versiones. Tabla 18: Tiempos de actividades de elaboración de limpiadores cítricos # Actividades Tiempo (min.) 1 Análisis de agua del suavizador 5 2 Medir ph en la torre de contacto y chequear ppm de ozono 5 3 Eliminación de ozono (lámpara UV) 5 4 Adicionar agua al Batch (10%) 4 5 Adicionar materias primas 8 6 Primer mezclado 10 7 Adicionar agua al Batch (90%) 7 8 Segundo mezclado 45 9 Pesar colorante 5 10 Adicionar materias primas Tercer mezclado Análisis de ph 3 13 Análisis de muestra del Batch por laboratorio de calidad 5 14 Transferencia del Batch a tanques de patio 3 Total 125 Material BCT(min) = 125 END Material 3 Material 4 Agua (90%) Material 5 Material 1 Colorante Material 2 Perfume Agua (10%) tiempo (min) Control de agua Lámpara UV Mezclado Mezclado Mezclado/Análisis Almacenaje Fig. 30: BCT de las versiones cítricas. 63

78 Para las versiones cítricas el BCT es de 125 minutos. Considerando lo mismo que para las versiones no cítricas, que las actividades a atacar para el presente trabajo son las de la etapa de mezclado del proceso de manufactura, el objetivo está en disminuir 112 minutos para estas versiones, esto es quitándole al tiempo total, los 10 minutos iniciales del control micro del agua y los 3 minutos finales de la etapa de almacenaje. Como se pudo observar anteriormente, el tiempo mayor es el de la adición de materias primas con un 23% del BCT pero con un 26% del tiempo de la etapa de mezclado Almacenaje del producto Finalmente se traslada el producto al tanque de almacenamiento donde se mantendrá el producto hasta que las líneas de llenado lo descarguen. El procedimiento a seguir para ello se expone en el diagrama de la Fig. 31. INICIO Abrir válvula de salida del batch utilizado Abrir válvula del tanque de almacenamiento a utilizar Encender bomba de transferencia del producto Nivel de batch = 0? SI Apagar la bomba de transferencia Cerrar válvula de salida del batch y del tanque utilizado NO FIN Fig. 31: Proceso de transferencia del producto a los tanques de almacenamiento. En primera instancia, el operador abre la válvula de salida de producto del tanque mezclador que usó para la elaboración. Luego, de las 4 válvulas (una para cada tanque de almacenamiento) debe abrir la respectiva al tanque donde se almacenará el producto. Una vez hecho esto, el operador enciende la bomba de transferencia del producto y éste se transporta al tanque designado. Cuando el nivel de agua llega a cero se apaga la bomba y se cierran las 2 válvulas utilizadas. 64

79 Para encontrar las oportunidades de reducción del tiempo de producción de limpiadores, se realizó un estudio de tiempos de las actividades de la etapa de almacenaje. El procedimiento para ello fue ir a la operación y medir con un cronómetro cada actividad que el operador realizaba. Para las versiones no cítricas los resultados fueron los siguientes. Tabla 19: Tiempos de las actividades para transferir el producto a los tanques de patio # Actividades Tiempo (min.) 1 Abrir válvula del Batch y del tanque de almacenaje 0,25 2 Encender bomba de transferencia del producto 0,25 3 Espera de descarga del producto del Batch 2 4 Cerrar válvula del Batch y del tanque de almacenaje 0,25 4 Apagar bomba de transferencia del producto 0,25 Total 3 El tiempo total es de 3 minutos; el tiempo mayor de las actividades es la espera de la descarga del producto que depende de la capacidad del sistema de bomba y tubería; estos tiempos serán tomados en cuenta en el diseño del sistema Otros procedimientos Además de los procedimientos de cada etapa del proceso de elaboración de desinfectantes, el operador realiza otros procedimientos relevantes para el diseño del sistema automatizado. A continuación se presenta una breve descripción de cada uno. Limpieza del Batch por cada mezclado: Luego de cada Batch, el operador limpia el tanque rociando soda cáustica. Este material se dispone por medio de una tubería que llega a la operación y de aquí sale una manguera que le permite al operador agregar la soda cáustica a cualquiera de los dos tanques mezcladores. Limpieza de los tanques de almacenamiento cuando se cambia de versión: Cada vez que se va a cambiar de versión en un tanque de almacenamiento, el operador limpia dicho tanque antes de agregarle la nueva versión. 65

80 Cambio de materias primas: Al comienzo de cada turno el operador debe revisar las cantidades que restan en cada una de las pipas, de este modo determina en que momento debe realizar el próximo cambio de cada uno, estas revisiones prevén pérdidas de tiempo de operación por falta de material. Reportes: Al final de cada turno el operador debe llenar un archivo de Excel donde especifica, entre otras cosas, el número de batidos realizados, los incidentes ocurridos, pipas de materias primas cambiadas, etc. Sanitización bimensual: Cada dos meses se lleva a cabo una sanitización de la planta. Esta consiste en desmontar todas las tuberías y conexiones de las mismas, los tanques, para limpiarlos profundamente con equipos especiales para esta tarea CRITERIOS DE DISEÑO Una vez definido y entendido el proceso actual de manufactura del producto, se establecen los criterios de diseño para el sistema de control a implementar. Dichos criterios limitan el alcance del sistema de control y permite que los resultados sean acordes con los objetivos iniciales. Para realizar una propuesta se tomaron en cuenta los puntos que se describen a continuación Función El sistema debe dar los mismos resultados que el sistema actual. Debe arrojar el mismo producto, dentro de los mismos estándares de calidad, debe tener igual a mayor capacidad, debe proporcionar igual o mayor seguridad al operador, debe brindar los mismos o más reportes de la operación. Es decir, el proceso no puede verse alterado en lo absoluto y si la operación varía debe asegurarse que los parámetros y estándares se cumplan. 66

81 Calidad El producto intermedio y final, así como también las nuevas instalaciones que se propongan realizar, deben cumplir con los estándares de calidad de la compañía. En el Marco Metodológico del presente trabajo se pueden observar dichos estándares Costos El tercer criterio de diseño es la inversión de capital del proyecto. El diseño tiene que estar alineado con buscar soluciones de bajo costo. Cada propuesta debe estar acompañada con un análisis financiero y así poder comparar entre ellas. Un resultado que logre disminuir todos los tiempos, consiguiendo además otras ventajas, pero que no sea factible económicamente no es atractivo para la compañía; pues quedaría demostrado que es mejor continuar operando manual que invertir esa cantidad de dinero y no recuperar dicha inversión Recetas Como se mencionó previamente, en la actualidad se realizan 7 versiones; pero eso no ha sido siempre así, sino que han ido aumentando. El sistema de control a implementar debe permitir que la operación tenga la libertad de cambiar o agregar las recetas de las versiones, de forma tal que en un futuro el negocio pueda crecer Equipos disponibles Este requerimiento de diseño indica que preferiblemente se deben usar los equipos que se encuentran instalados actualmente en la operación. De esta forma la implementación del diseño sería más rápida y sencilla. En el caso que se proponga utilizar otros equipo se debe justificar y recomendar un nuevo uso para los instrumentos que están instalados para la fecha BCT El objetivo de la propuesta es disminuir las actividades manuales del operador, por lo tanto el potencial donde se debe enfocar el diseño son en las tareas referentes al operador y no al proceso, 67

82 es decir, se deben identificar aquellas actividades que sean consecuentes al operador y no a las reacciones químicas del producto. Si observamos el gráfico de tiempos de Batch se puede notar que los tiempos de mezclados son significativos, sin embargo dichos tiempos no se pueden cambiar, ya que son pertinentes al proceso. Ahora bien, el tiempo que dura el operador midiendo las materias primas en los tanques de pre medidas o el tiempo que tarda en descargar las mismas, puede optimizarse. En la Tabla 20 se puede observar que el BCT para las versiones no cítricas es 115 minutos. Este tiempo se puede dividir en varias partes como se muestra en la Tabla 20. Tabla 20: Separación del BCT de las versiones no cítricas # Actividades Tiempo (min.) 1 Del control microbiológico del agua 10 2 Tiempos de mezclado 55 3 Que dependen del operador 50 Total 115 Del control microbiológico del agua son las actividades referentes a la primera etapa. Esta parte no entra en el alcance del presente proyecto por lo que no es atacable para el diseño del sistema. Los tiempos del mezclado para estas versiones implican un tiempo de 55 minutos, sin embargo, no se contempla reducir ya que es un tiempo referente a la fórmula más no a la operación. Finalmente, las actividades que dependen del operador son todas las demás, impactan con 45 minutos, lo mismo que el 40% del BCT. Las actividades que dependen del operador se muestran en la Tabla 21 ordenadas según el tiempo que implican para la operación. Tabla 21: Actividades que dependen del operador para las versiones no cítricas # Actividades Tiempo (min.) 1 Adición de materias primas 28 2 Análisis de muestras 9 3 Adición del colorante 5 4 Transferencia del producto 3 Total 45 68

83 El grueso del tiempo de estas actividades está en la adición de las materias primas, implica un 62% del tiempo total de las actividades que dependen del operador. De este modo, el diseño puede estar enfocado en estas actividades con el orden de prioridad igual al orden en que se muestran en la Tabla 21. Se realiza el mismo estudio para las versiones cítricas y así verificar que se sigue cumpliendo que las actividades a atacar son las adiciones. Las actividades del BCT se muestran dividas en tres grandes áreas de actividades en la Tabla 22. Tabla 22: Separación del BCT de las versiones no cítricas # Actividades Tiempo (min.) 1 Del control micro del agua 10 2 Tiempos de mezclado 70 3 Que dependen del operador 45 Total 125 Para estas versiones el tiempo de las actividades que dependen del operador implican un 36% del BCT. Dentro de este tiempo, las actividades se dividen como se muestra en la Tabla 23 ordenadas de mayor a menor según el tiempo que implican para la operación. Tabla 23: Actividades que dependen del operador para las versiones cítricas # Actividades Tiempo (min.) 1 Adición de materias primas 29 2 Análisis de muestras 8 3 Adición del colorante 5 4 Transferencia del producto 3 Total 45 Al observar las tablas de ambas versiones, se define que el diseño estará enfocado principalmente a reducir el tiempo de las adiciones de las materias primas. Paralelo a esto, se trabajará con un error en las adiciones suficientemente bajo para que la confiabilidad del proceso aumente y se disminuya el tiempo invertido en los análisis durante la elaboración del producto. 69

84 5. 3 PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO En función a los criterios del diseño y a los objetivos del presente estudio, se presenta a continuación la descripción de la etapa de diseño del sistema automatizado para la producción de limpiadores. El desarrollo del diseño consta de dos etapas, la instrumentación y el sistema de control del proceso. Para desarrollarlas, en primera instancia se definen los requerimientos de instrumentación y control de cada variable del proceso; posteriormente se desarrollan alternativas de cada etapa para cada variable. Estas propuestas no pretenden definir en detalle el sistema de control a implementar, sino encontrar la mejor alternativa a seguir, fundamentada en los criterios de diseño, para así, desarrollar una única propuesta y presentarla como el resultado final Diseño en detalle de la instrumentación del proceso La instrumentación consiste en definir todos los dispositivos a utilizar para adquirir los datos del proceso. Esta parte es crucial para el sistema automatizado, ya que es la base que brinda las entradas al controlador del sistema y toma las salidas del mismo para encender los actuadores seleccionados. Este diseño debe estar en línea con los criterios de diseño antes mencionados, con el diseño del producto elaborado, con las necesidades del usuario y de acuerdo a las normas de calidad previamente establecidas. La descripción del diseño de la instrumentación se presenta en dos fases, la primera define la selección de los instrumentos a utilizar en el proceso por medio de estudios comparativos, y la segunda detalla una propuesta concreta resultante de la primera etapa. Es decir, en la primera parte se expone el diseño básico de la instrumentación y en la segunda etapa el diseño en detalle de la misma. Los sensores que se deben instalarse en la operación fueron evaluados de acuerdo a varias características que deben cumplir y que entre ellos compiten; no hubo límites en cuanto a propuestas de instrumentos, sólo que de acuerdo a las necesidades, se fueron descartando hasta obtener sensores que califiquen para el proceso de manufactura de limpiadores. Antes de realizar la comparación entre las distintas alternativas de sensores, se debe definir las variables a medir y bajo que condiciones, para así entender directamente la factibilidad técnica de cualquier instrumento en la línea de producción. 70

85 A continuación se presenta una tabla que muestra las variables a controlar, necesarias para llevar a cabo el producto: Tabla 24: Variables a controlar por el sistema # Variables Cantidad Descripción del control 1 Encendido de la lámpara UV 1 Control de Encendido y Apagado 2 Entrada de agua al Batch 2 Control de adición de agua 3 Tiempo de mezclado 5 Control de tiempos de mezclado 4 Premedida de las materias primas 12 Control de medidas de materiales 5 Pre pesado del colorante 7 Control del pesaje del colorante 6 Entrada de las materias primas al Batch 12 Control de adición de materiales 7 Entrada del colorante al Batch 7 Control de adición del colorante 8 Salida del producto a los tanques de patio 2 Control de sistema de transporte Son 8 variables generales a controlar, sin embargo, en total son 48 variables específicas. Cada variable requiere que el sistema de control realice diversas actividades por medio de sensores y actuadores electromecánicos. Antes de conocer el control que se ejecutará en cada una de ellas, se debe definir los objetivos (requerimientos) que se deben lograr por cada variable; de este modo, se puede conseguir una solución para el diseño de la instrumentación del sistema. Encendido de la lámpara UV: Actualmente el operador enciende y apaga la lámpara antes de comenzar el batido. Se busca que esta tarea se ejecute de forma automática. El encendido debe darse una vez que se hayan ejecutado las actividades del control microbiológico del agua y el apagado después de 5 minutos del encendido. La lámpara UV está ubicada en la mezanine de la operación, sin embargo, ya está el cableado hasta la planta baja donde será ubicado el sistema de control del proceso. Entrada de agua al Batch: El requerimiento de esta variable es que la apertura y clausura de la entrada de agua al Batch se realice de forma automática, proporcionando la cantidad de agua necesaria para el batido. Tiempo de Mezclado: Los tiempos de mezclado deben medirse de forma automática, las actividades posteriores a un tiempo de mezclado deben darse una vez que éste se complete. 71

86 Pre medida de las materias primas: Las premedidas de cada una de las materias primas deben hacerse de forma automática. Tanto el bombeo del material como la selección de la cantidad / volumen necesario de cada una deben ser ejecutado de forma automática. Pre pesado del colorante: El pesaje del colorante debe realizarse de forma automática, no se debe requerir de un operador para realizar esta tarea. Entrada de las materias primas al Batch: La adición de cada materia prima a los Batches debe hacerse de forma automática. No se debe requerir de un operador para realizar esta tarea. Entrada del colorante al Batch: La adición del colorante debe hacerse de forma automática. No se debe requerir de un operador para realizar esta tarea. Salida del producto a los tanques de patio: La salida del producto de los tanques de patio debe hacerse de forma automática. Se requiere del operador solamente para que indique el tanque de patio de destino donde será enviado el producto. El resto de las actividades se realizará de forma automática. Con estos requerimientos, se puede bosquejar un nuevo diagrama de flujo para las actividades del operador de la etapa de mezclado de limpiadores. En la Fig. 32 se puede ver este diagrama. INICIO Indicarle al sistema la versión a realizar Tomar muestra de análisis cuando el sistema lo indique Indicarle al sistema el tanque de patio de destino. FIN Fig. 32: Diagrama de flujo de la operación de la etapa de mezclado con el sistema automatizado. 72

87 El operador solo tendrá que indicar que versión se realizará y a cuál tanque de almacenamiento se enviará el producto, además de tomar las muestras para los análisis de calidad. De ser esto cierto, se podrá disponer del operador para otras operaciones y así lograr un ahorro en dinero para la operación de manufactura de desinfectantes. Los requerimientos de cada variable se pueden lograr de distintas formas, el resto del diseño del sistema dependerá de los instrumentos elegidos para cumplir correctamente con la adquisición de datos. Sin embargo, el control de ciertas variables se define en un primer momento debido a que no se requiere sensores para ello. Dichas variables con sus respectivas soluciones de control se muestran en la Tabla 25, el resto se presenta posteriormente con un estudio de las distintas alternativas encontradas. Tabla 25: Variables que no requieren sensores # Variables Solución 1 Encendido de la lámpara UV Control ON/OFF 2 Tiempos de mezclado Se ejecutará por medio de los contadores del controlador a utilizar, a partir de allí se aplicará un control ON/OFF para las actividades siguientes. 3 4 Entrada de las materias primas al Batch Salida del producto a los tanques de patio Control ON/OFF Control ON/OFF Encendido de la lámpara UV: El encendido y apagado de la lámpara será ejecutado por el controlador del sistema mediante un interruptor. Generalmente las salidas de los PLC proporcionan alrededor de 1A de corriente y la lámpara UV (UVL) trabaja con una corriente mayor a 1A. Por lo tanto, no se puede conectar directamente a la salida del controlador. El diseño propuesto consta de un interruptor que se alimenta de una salida del controlador a utilizar que conecta los terminales de la UVL con un punto eléctrico, de esta forma, una señal 73

88 digital controla el interruptor y conecta o no la UVL. El diagrama de lo explicado anteriormente se muestra en la Fig. 33. UVL Interruptor Fuente de poder Controlador Fig. 33: Diagrama del control para la UVL Tiempos de mezclados: Los distintos tiempos de mezclados se controlarán internamente en el controlador del sistema. Por medio de contadores se cronometrarán las actividades del mezclado. Entrada de las materias primas al Batch: Una vez que las cantidades sean medidas en los tanques destinados para este fin, se debe descargar las materias primas en los Batches cuando se requiera, para realizar los mezclados. Esto se ejecutará por medio de actuadores, válvulas neumáticas y electro válvulas. Se explicará a continuación el diseño para un material y éste se reaplica en todos los demás. En la Fig. 34 se muestra el diagrama de este subsistema de control. Cuando el controlador active la electro válvula, ésta brindará aire comprimido a la válvula neumática que se sitúa en la tubería que conecta el tanque de premedida con el Batch. De esta forma, la válvula se abrirá permitiendo que el producto se descargue al mezclador. Una vez que el controlador desactive la electro válvula, la válvula neumática se cerrará, desconectando ambos tanques; esta última se lleva a cabo cuando el producto haya terminado de descargar completamente. Salida del producto a los tanques de patio: Cuando el producto sea elaborado, debe ser almacenado en uno de los tanques de almacenamiento. El operador indicará el tanque de destino del producto. La ejecución de esta tarea es análoga a la de la Fig. 34; con un sistema de válvulas se logra controlar la dirección del fluido como se muestra en la Fig

89 Fuente de poder (120V) Tanque de pre medida Controlador Tubería Aire comprimido Electro válvula Válvula neumática BATCH Fig. 34: Diagrama del control de la adición de las materias primas BATCH 1 BATCH 2 Válvula neumática Válvula neumática Electro válvula Bomba neumática Electro válvula Electro válvula Aire comprimido Electro válvula Electro válvula Electro válvula Válvula neumática Válvula neumática Válvula neumática Válvula neumática Electro válvula Aire comprimido Controlador Sensor Nivel 1 Tanque de almacenamiento 1 Sensor Nivel 2 Tanque de almacenamiento 2 Tanque de almacenamiento 3 Sensor Nivel 3 Tanque de almacenamiento 4 Sensor Nivel 4 Fig. 35: Diagrama de control de la transferencia de productos a los tanques de patio. 75

90 Si por ejemplo, se realiza un batido en el Batch 2, al finalizarlo, el operador debe indicarle al controlador el tanque de destino; posteriormente, éste energiza la electro válvula que activa la válvula neumática de la tubería de salida del Batch. También energiza la electro válvula que activa la válvula neumática que conecta la tubería de entrada del tanque de patio seleccionado con la bomba de transferencia. Finalmente, el controlador energiza la electro válvula que permite pasar aire comprimido a la bomba para así activarla; en este punto comienza la transferencia de producto. Al finalizar, cuando el sensor de nivel del tanque de almacenamiento haya incrementado el valor del volumen del batido, se apagan las electro válvulas involucradas para concluir el proceso Adición de materias primas Para las mediciones previas de las materias primas existen más opciones de instrumentación, ya que se necesitan sensores que alimenten al controlador para tomar dediciones de operación. Esto implica entradas al sistema que generas salidas a la operación. Las variables físicas a medir para lograr controlar la variable general pueden variar, el objetivo es medir una porción de una pipa de materia prima en un tanque intermedio. Las variables posibles a medir son volumen o masa; ambas se relacionan por la densidad de cada material. En la Tabla 26 se presentan las distintas opciones estudiadas para los sensores de la instrumentación del proceso. Tabla 26: Tipos de sensores evaluados para la premedidas de las materias primas # Sensores Variable física a medir 1 Sensor de nivel tipo radar Volumen 2 Celda de carga Masa 3 Medidor de flujo Volumen Los sensores de nivel son dispositivos que miden el nivel de un material dentro de un recipiente. Existen varios tipos de sensores de nivel: tipo radar, con guía de onda, ultrasónico y capacitivo [16]. El primero emite y recibe microondas para identificar el nivel del tanque, el segundo utiliza una guía de onda a lo largo del tanque para trasmitir microondas y detectar el reflejo sobre la superficie del líquido; los ultrasónicos funcionan igual que los tipo radar pero con ondas de ultrasonido. Finalmente los capacitivos tienen dos electrodos (uno en la tapa del 76

91 recipiente y el otro en el fondo) para medir las variaciones de capacitancia en el tanque y así medir el nivel del mismo. La razón por la cual se escogió el tipo radar es porque es fácil de instalar, muy preciso, ofrece versatilidad para medir niveles de líquidos no conductores y es el más robusto de los cuatro. Las celdas de carga son dispositivos que miden el peso de los materiales. Existen numerosos tipos pero trabajan con el mismo principio. Al ejercer presión sobre la superficie de la celda, una galga se comprime, variando la resistencia entre sus extremos; de esta forma se cuantifica la fuerza ejercida en la superficie. Los medidores de flujo por su parte, son dispositivos capaces de medir el flujo del líquido que los atraviesa. De este modo se puede obtener la cantidad del líquido ha pasado por la tubería en un tiempo específico. Con los distintos sensores presentados, se evaluaron varias opciones para la medición de las materias primas en los tanques destinados para tal fin. En la Tabla 27 se presentan estas alternativas, evaluando distintos aspectos importantes para cada una. La información de cada alternativa fue desarrollada en conjunto con el departamento de ingeniería, el departamento de líquidos y el proveedor de los instrumentos. Como observaciones generales, después del estudio, se puede verificar que los sensores de nivel tipo radar y el medidor de flujo son más costos que las celdas de carga, sin embargo, son más precisos. La propuesta uno presenta buen rendimiento, tiene muy positivo los distintos aspectos evaluados, pero la inversión de capital es muy elevada. Entre los estimados de capital realizados, esta propuesta fue la más costosa. En vista de este buen comportamiento de la primera propuesta, se diseña una con los mismos basamentos pero buscando disminuir costos; la segunda propuesta en un primer momento fue muy tentadora pero al evaluarla desde el punto de vista de calidad fue descartada. En la tercera propuesta se agregan las celdas de carga también en busca de disminuir los costos, sin embargo, también implica una inversión de capital elevada. Entre las tres primeras, ésta es la que domina para el diseño. La cuarta propuesta implica utilizar para casi todos los materiales celdas de carga, lo cual redujo considerablemente la inversión estimada de capital, sin embargo, la precisión que brinda el sistema es menor. Esto es comparando con los medidores de flujo, lo que no quiere decir que no sea una buena propuesta, ya que el proceso permite ciertos márgenes de error que posicionan la cuarta propuesta como la más atractiva. 77

92 Opciones Descripción Variable física a medir Tabla 27: Propuestas de instrumentación para la variable de adición de las materias primas. 1) Medidores de flujo para todos los tanques de pre medidas (TPM) Colocar medidores de flujo para las tuberías que conectan las pipas con los TMP. 2) Medidores de flujo para cada base, uno para los perfumes de las versiones no cítricas y uno para los perfumes de las cítricas Colocar medidores de flujo para las tuberías que conectan las pipas con los TMP para las 5 bases. Colocar 2 tuberías cambiantes (una para cítricos o otra para los no cítricos) para los perfumes. 3) Medidores de flujo para las bases y celdas de carga para los perfumes Colocar medidores de flujo para las tuberías que conectan las pipas con los TMP para las 5 bases. Colocar celdas de carga para los TPM de los perfumes. 4) Celda de carga para todas las materias menos el ácido y el preserverante (éstos con medidores de flujo) Colocar celdas de carga para todos los TPM menos el del ácido y el preserverante ya que son los más pequeños. A éstos se le colocan medidores de flujo entre las pipas y los TPM. 5) Celda de carga para los Batches y medidores de flujo para el ácido y el preserverante Colocar celdas de carga en los Batches para medir en éstos las adiciones. Y medidores de flujo para el ácido y el preserverante porque son las adiciones más pequeñas. 6) Celda de cargas para todas las materias primas Colocar celdas de carga para todos los TPM. 7) Sensores de nivel para todos los tanques de pre medida Colocar un sensor de nivel tipo radar en cada TMP. Flujo de materias primas. Flujo de materias primas. Flujo de las 5 bases y peso de los perfumes. Peso de las materias primas y flujo del ácido y del preserverante. Peso de materiales y flujo del ácido y del preserverante. Peso de todos los materiales. Volumen de cada material. 78 8) Celda de carga para todas las materias menos el ácido y el preserverante (éstos con sensores de nivel) Colocar celdas de carga para todos los TPM menos el del ácido y el preserverante ya que son los más pequeños. A éstos se le colocan sensores de nivel en sus respectivos TPM) Peso de las materias primas y volumen del preserverante.

93 Equipos necesarios Impacto de capital Costos pre operativos 12 medidores de flujo. 6 medidores de flujo. 5 medidores de flujo y 14 celdas de carga (2 por cada TPM) y 7 terminales de pesaje. 20 celdas de carga y 2 medidores de flujo 6 celdas de carga (3 por Batch), 3 terminales de pesaje y 2 medidores de flujo. 24 celdas de carga y 12 terminales de pesaje. 12 sensores de nivel tipo radar. 20 celdas de carga, 10 terminales de pesaje y 2 sensores de nivel tipo radar Alto Medio Alto Medio Medio Alto Alto Medio Alto Alto Alto Alto Alto Medio Medio Medio Mantenimiento Alto Alto Alto Alto Alto Medio Alto Alto Seguridad Alta Alta Alta Alta Alta Alta Alta Alta Calidad Alta Baja Alta Alta Alta Alta Alta Alto Confiabilidad Alta Media Alta Alta Alta Alta Alta Alta Precisión Alta Alta Alta Media Media Media Alta Media Reducción del BCT Alta Media Alta Alta Baja Alta Media Alta Adaptabilidad al crecimiento Observaciones Alta Media Alta Alta Baja Alta Alta Alta La instalación y calibración de los medidores de flujo son costosas. Sin embargo estos son los dispositivos más precisos. Los problemas de calidad radican en el en contacto de perfumes de distintas versiones. Se debe desechar producto al comienzo del batido para minimizar el problema. Son muchos perfumes que deben ser medidos, por ende se combina con celdas de cargas que son menos precisas pero más económicas. Para disminuir el error en las adiciones de ácido y preserverante se proponen medidores de flujo para éstos. El BCT no se ve beneficiado ya que la adición de cada materia prima debe hacerse una por una; aquí se pierde una gran oportunidad. Se colocan dos celdas por TPM para obtener mayor precisión y por necesidades de la implementación en campo. Los sensores son costosos. La calibración debe ser frecuente. Las vibraciones perjudican en gran medida esta propuesta. Las vibraciones en los TMP más pequeños son menores. Es una propuesta repetida pero cambiando los medidores de flujo por sensores de nivel para disminuir costos. 79

94 La quinta también es una buena idea. Colocar nada más celdas de carga en los Batches disminuye considerablemente la complejidad del proceso y la inversión de capital asociada. Sin embargo, al utilizar esta propuestas, las adiciones de las materias primas deben darse consecutivamente y no paralelamente, lo cual perjudica notoriamente el tiempo de mezclado. Esto hizo que la propuesta fuese descartada. La sexta propuesta es la más económica con respecto al resto. Sin embargo, es un riesgo que se tengan que utilizar tantos equipos de medición. Además dichos equipos van asociados a unos terminales de pesaje. Es decir, cada tanque de premedidas (TPM) utiliza dos celdas de carga (CC), éstas van a una caja sumadora que arroja el total del peso. Finalmente se evaluaron dos propuestas con sensores de nivel tipo radar pero los resultados fueron negativos para ambas. Las razones principales fueron la elevada inversión de capital presentada por la propuesta 7, el incremento del mantenimiento y calibración de los equipos en caso de escoger esta propuesta y finalmente, las vibraciones de las líneas cuando se bombea los materiales causan errores en las medidas y des calibración de estos equipos. Una vez culminada la evaluación de las propuestas, los resultados se inclinaron por usar CC. Las razones principalmente radican en el bajo costo en comparación al resto de los equipos, en que poseen suficiente precisión para las medidas requeridas, en la robustez que presentan sobre el proceso, son más inmunes a las vibraciones debido a que no están en contacto directo con las tuberías sino con los tanques, quienes amortiguan las vibraciones, entre otras cosas. Dentro de las opciones que incluyen CC, fue elegida la 6; sin embargo, todavía esta opción no es atractiva para el diseño. El diseño es complejo, son necesarias muchas cajas sumadoras y se requieren muchas entradas y salidas del controlador, además de las ya requeridas en las variables anteriores. Por esta razón, fue necesario indagar más en la propuesta y lograr acoplar más ideas al diseño. La búsqueda se inclinó a reducir el número de celdas a utilizar. En pro a esta búsqueda, se encontró la siguiente solución. El objetivo es reducir la cantidad de celdas de cargas, esto se logra reduciendo la cantidad de tanques utilizados; por lo tanto se puede colocar un solo tanque donde se pesen las materias primas de forma consecutiva. Así ya no serían tantas CC. La propuesta fue bien aceptada. Basado en el criterio de diseño de utilizar los equipos ya existentes, se propuso trabajar con los mismos tanques de la operación. De esta forma, se lograría una propuesta sin un incremento en el estimado de inversión inicial. La escogencia de cuáles tanques se utilizarán y de que forma 80

95 se realizó con un estudio de capacidad que dependía del tamaño de los TPM y de las adiciones por cada una de las materias primas. En la Tabla 28 se muestra el análisis de esta propuesta. Tabla 28: Propuesta mejorada para la medición de las materias primas Propuesta Para el Batch 1: Colocar un TPM de 80 lts, aquí se medirán todas las materias primas de acuerdo al proceso de elaboración. Para el Batch 2: Colocar dos TPM, uno de 50 lts y otro de 30 lts. Aquí se medirán las materias primas de acuerdo al proceso de elaboración. Descripción Variable física a medir Equipos necesarios Impacto de capital Costos pre operativos Mantenimiento Seguridad Calidad Confiabilidad Precisión Reducción del BCT Adaptabilidad al crecimiento Observaciones Se seguirá un nuevo algoritmo de elaboración para pre medir las materias primas en un solo tanque para el caso del Batch 1 y en dos tanques para el caso del Batch 2. Peso de las materias primas. 6 Celdas de cargas, 3 terminales de pesaje y 3 spray balls. Bajo Medio Bajo Alta Alta Alta Media Alta Alta Es una propuesta que implica un cambio en la elaboración del batido. Anteriormente se han realizado pruebas en la planta que demuestran que es posible unir las materias primas de forma consecutiva para realizar el pesado. En la Tabla 28 se puede observar que el comportamiento general de la propuesta es bastante bueno, presenta resultados favorables en los distintos campos estudiados. Con esta propuesta se 81

96 logra disminuir notablemente la inversión de capital, se logra menos complejidad en el proceso, se requieren menos entradas y salidas del controlador a utilizar, se obtienen tanques disponibles (los que no se usarán) para otras operaciones y se disminuirá considerablemente el BCT. Con esta alternativa se propone que el proceso cambie. Sin embargo, en la planta se han realizado análisis que corroboran que sí es posible unir las materias primas antes de mezclarlas, sin embargo el problema de calidad se presenta cuando se realiza un nuevo prepesado en el mismo tanque, ya que se mezclan perfumes de distintas versiones; por lo tanto se agregó a la instrumentación un dispositivo capaz de limpiar el tanque después que ha sido utilizado. Este dispositivo es una bola agujerada ubicada en la parte superior del TPM que rocía agua al tanque cuando se desea; es llamada spray ball (en español bola rociador). En la Fig. 36 se puede observar el resultado del estudio sobre el nuevo modo de operación para la elaboración de desinfectantes tanto para el mezclador 1 como para el mezclador 2. Este diagrama es un preliminar de los pasos a seguir por el controlador para llevar a cabo los mezclados. El esquema presentado en la Fig. 36 es el resultado de un detallado estudio de capacidades de los tanques que se disponen en la operación y el volumen que ocupan las porciones de las materias primas por fórmulas; para ello se tomó en cuenta las densidades de cada material de forma que se garantice que es posible realizar las medidas en dichos tanques. En el diagrama se puede observar que se tuvo que separar la medición de una materia prima en dos para los batidos en el Batch 2, en un TPM se agrega un 80% del material y en el otro TPM el 20% restante; esto se debe a que la cantidad del material de la fórmula es mayor a los 30lts del tanque. El departamento de ingeniería aprobó la propuesta. Sin embargo, el Ingeniero de Procesos de la planta de limpiadores, encontró una desventaja de la alternativa. El hecho de dividir en dos tanques las medidas de las materias primas hace que el sistema sea más complicado, y si por una u otra razón, es necesario operar de forma manual el proceso, las adiciones serán más difíciles que las actuales provocando errores humanos durante la elaboración. Con este argumento se realizó un nuevo cambio. A pesar de que un criterio de diseño implicaba utilizar los recursos disponibles, la aceptación de la propuesta justificó la no aplicación del mismo. Se propuso finalmente que se adquirieran dos tanques de 100 litros cada uno para que cumplieran la función del tanque de 80 litros para el Batch 1 y los tanques de 50lts y 30lts para el Batch 2. De esta forma, la operación del Batch 1 sería igual a la del Batch 2 y el margen de 20 litros adicionales le permitiría a la operación tener más flexibilidad para un futuro cambio. 82

97 Leer la versión Escoger la receta Encender UVL Encender por 5 min Apagar por UVL 1 Versión? No cítrica Agua desozonad a? Si Agregar agua Encender mezclador prepesad o listo? Si Agregar prepesado Indicar que el prepesado se descagó Batch? Cítrica Prepesar materias primas 1 en tanque 80 No Terminar la limpieza con UVL No Terminar el prepesado 45 min Limpiar TPM 10 min Apagar mezclador 2 Se descargó el prepesado? No Si Esperar a que se descargue completamente Prepesar resto de materias primas en tanque 80 prepesad o 2 listo? No Si Agregar prepesado 2 Terminar el prepesado 2 Agua desozonad a? Si Agregar 10% agua Encender mezclador prepesad o listo? Si Agregar prepesado Indicar que el prepesado fue agregado Limpiar TPM Prepesar materias primas 1, 2 y 3 en tanque 80 No Terminar la limpieza con No Terminar el prepesado UVL 45 min prepesad 10 min Agregar 90% agua o listo? 10 min Si Agregar prepesado Se descargó el prepesado? Si Prepesar resto de materias en tanque 80 No Terminar el prepesado No Esperar a que se descargue completamente Versión? Cítrica No cítrica Prepesar materias primas en tanque 50 (prepesado 1) Agua desozonad No a? Si Terminar la limpieza con UVL Agregar agua Encender mezclador prepesad o 1 listo? No Si Agregar prepesado 1 Terminar el prepesado 1 Indicar que el prepesado fue agregado 45 min Limpiar TPM 10 min Apagar mezclador Prepesar 80% de materia una materia prima (prepesado 2) Se descargó el prepesado? No Si Esperar a que se descargue completamente Prepesar 20% de la materia prima del prepesado 2 y el resto de las materias en tanque 50 (prepesado 3) prepesad o 2 y 3 listo? No Si Agregar prepesado 2 y 3 Terminar el prepesado 2 y 3 Agua desozonad a? Si Agregar 10% agua Encender mezclador prepesad o 1 listo? Si Agregar prepesado 1 y 2 Indicar que los prepesados fueron agregados Limpiar TPM Prepesar materias primas en tanque 50 (prepesado 2) No Terminar la limpieza con No Terminar el prepesado 1 UVL prepesad 45 min o 2 listo? 10 min Agregar 90% agua Si Agregar prepesado 2 Prepesar materias primas en tanque 30 (prepesado 2) Se descargó el prepesado 1 y 2? Si Prepesar el resto de las materias primas en tanque 50 (prepesado 3) No Terminar el prepesado 2 No Esperar a que se descarguen completamente Fig. 36: Diagrama de flujo del nuevo proceso de elaboración con la propuesta de instrumentación mejorada min Apagar mezclador Apagar mezclador

98 De esta forma se llega a la propuesta final para medir las materias primas. Esta alternativa fue aceptada tanto por el departamento de ingeniería como el del proceso. A partir de este estudio se desarrolla esta idea con la finalidad de culminar el diseño del sistema. Las celdas de carga de los nuevos TPM son las entradas del sistema de control, con esta información el sistema actúa sobre las válvulas de descarga como se explicó previamente con la Fig Adición de agua Para la adición de agua también se estudiaron diversas alternativas. Actualmente el agua llega a los dos tanques de Batch y se agregan de forma manual, con válvulas manuales. Las propuestas se inclinaron en un primer momento por los resultados de la medición de las materias primas. De esta forma, se propuso adquirir un tanque de 3200 litros de capacidad y hacer una pre medición de agua para añadírsela a los Batches utilizando celdas de carga. No se necesita una bomba debido a que la entrada de agua llega por la parte superior, por ende, el nuevo TPM de agua estaría ubicado en la mezanine del proceso; la otra opción estudiada fue la de colocar dos medidores de flujo en las tuberías, uno por Batch. La segunda propuesta incluye dos medidores de flujo para que la ejecución del batido sea independiente entre Batches, es decir, que se pueda realizar dos batidos al mismo tiempo en la operación. En la Tabla 29 se puede observar el análisis de ambas propuestas. Ambas propuestas resultaron ser muy atractivas. La primera por su parte permite reducir el tiempo de Batch en 20 minutos más que la otra propuesta. Esto se debe a que el operador puede cargar el agua en un TPM y realizar el primer batido, durante los 45 minutos de mezclado, puede dirigirse al sistema de control microbiológico de agua y cargar más agua en el nuevo TPM, de este modo para el próximo batido ya se tendría el agua lista; además se agregaría más rápido que cómo se agrega actualmente, debido a un aumento de caudal y calibre. Las desventajas de esta alternativa son que no se pueden realizar dos batidos de forma simultánea, que el hecho de colocar una nueva etapa para el agua aumenta el riesgo de contaminación microbiológica y que la inversión de capital es muy elevada. 84

99 Tabla 29: Propuestas para la adición de agua a los mezcladores Propuesta Colocar un TPM para los dos Batches para medir la cantidad de agua antes de añadirla al mezclador. La medición se hará colocando celdas de carga a los tanques Colocar medidores de flujo en las tuberías de agua Descripción Se colocará un tanque de 3200 lts en la mezanine del proceso. A cada uno se le colocará 2 celdas de carga para realizar la medición Colocar un medidor de flujo en cada entrada de agua de los Batches Variable física a medir Equipos necesarios Impacto de capital Costos pre operativos Peso del agua Flujo del agua 3 celdas de carga + un sumador. 2 medidores de flujo. Alto Medio Medio Medio Mantenimiento Alto Alto Seguridad Alta Alta Calidad Media Alta Confiabilidad Media Alta Precisión Media Alta Reducción del BCT Alta Alta Adaptabilidad al crecimiento Alta Alta Por estas razones se decidió por la segunda opción, colocar un medidor de flujo de agua para cada mezclador. De esta forma, los medidores de flujo proporcionarían la información de entrada al sistema de control para ejecutar la adición del agua de forma correcta, en la Fig. 37 se puede observar el subsistema de control para esta variable. Cuando se necesite adicionar agua a uno de los dos Batches (o a ambos al mismo tiempo), el controlador energiza las electro válvulas para que las válvulas neumáticas abran el paso hacia los mezcladores. Constantemente, los medidores de flujo le indican al controlador, cuánto volumen de agua ha pasado por la tubería; cuándo éste sea igual al de la fórmula de la versión a realizar, el 85

100 controlador corta la corriente a las electro válvulas que a su vez cortan el aire comprimido a las válvulas neumáticas. De esta forma concluye la adición de agua al Batch. Entrada de agua Entrada de agua Medidor de flujo Medidor de flujo Controlador Válvula neumática Electro válvula Electro válvula Válvula neumática Aire comprimido BATCH BATCH Fig. 37: Esquema de control para la adición de agua. Estas propuestas y finalmente decisiones de diseño, son el complemento de las soluciones encontradas para las variables de la Tabla 25; resta la definición del pesaje y agregado el colorante. Como se mencionó anteriormente, el colorante actualmente se vierte de forma manual, los requerimientos se enfocan a que no se necesite de un operador para realizar esta tarea. A continuación se presentan dos alternativas estudiadas para la adición del colorante: 86

101 Tabla 30: Propuestas para la instrumentación del pesaje del colorante Propuesta Colocar un mezclador dinámico. Colocar un dosificador. Descripción Variable física a medir Equipos necesarios Impacto de capital Consiste en colocar un tanque para cada colorante con un agitador de acero inoxidable. Posteriormente, se mide una cantidad con celdas de carga. Peso del colorante diluido. 7 tanques + 7 agitadores de acero inoxidables + 14 celdas de carga + 7 terminales de pesaje + 7 interruptores para los motores + 7 electro válvulas + 7 válvulas neumáticas + Recursos del sistema de control. Muy alto Colocar un dosificador para cada colorante. Cada dosificador trae una tolva donde se vierte el colorante y dosifica una cierta cantidad. Esta porción es unida por medio de una tubería por donde se deja fluir agua. Volumen del colorante. 7 dosificadores + 1 distribuidor de agua + 7 electro válvulas + 7 válvulas neumáticas + Recursos del sistema de control. Muy alto Costos pre operativos Alto Alto Mantenimiento Alto Alto Seguridad Alta Alta Calidad Alta Alta Confiabilidad Alta Media Precisión Alta Media Reducción del BCT Adaptabilidad al crecimiento Alta Alta Alta Alta Observaciones La inversión de capital supera la del resto de la instrumentación del sistema. El sistema es muy complejo. Los desechos generados por este sistema son muy altos. No ofrece mayor confiabilidad y precisión debido a que las adiciones de colorante son de bajo gramaje. 87

102 Ambas propuestas implican una inversión de capital muy alta. La primera por su parte requiere de 7 agitadores de acero inoxidable y de una instrumentación mayor a la requerida para la adición de las otras materias primas. Esto implica que la inversión de esta parte superaría los costos del resto del proyecto. La segunda requiere de mucho trabajo de ingeniería, esto conlleva a un tiempo de parada de la operación muy alto, lo cual no es deseado por el departamento; además la inversión de capital también es muy alta debido a que son necesarios 7 dosificadores que requieren una tubería de agua para agregar la porción necesaria. Para ambos casos se requiere además de una instrumentación adicional (válvulas y celdas de carga) que implican mayores requerimientos para el controlador del sistema. En vista de los resultados obtenidos del estudio de las alternativas para la adición del colorante: no es viable instalar un sistema automático para este proceso, ya que son muchas las versiones de desinfectantes y la inversión de capital del proyecto se dispararía sólo por esta etapa, además debido a la alta vulnerabilidad de los colorantes, la probabilidad de contaminación microbiológica aumentaría, convirtiendo así al sistema en uno más riesgoso desde el punto de vista de calidad. Se ha llegado a otra conclusión para el diseño del sistema, que consiste en continuar con la adición del colorante manual. De esta forma, el sistema se comunicará con el operador y éste con el sistema para que sea posible el entendimiento y el buen funcionamiento del proceso. Esto implica un cambio en el diagrama de la Fig. 32, ya que será necesaria más actividades por parte del operador. El nuevo diagrama se muestra a continuación en la Fig. 38. Se agrega una nueva actividad que consta de dos pasos: pesar el colorante y agregarlo. El sistema debe indicarle cuándo debe agregar el colorante al Batch y el usuario debe indicarle que ya lo agregó. Finalmente, le indica al sistema el tanque de almacenamiento de destino. Ya seleccionadas las alternativas, se resume en una sola, la cual se denomina: un prepesado por cada Batch con adición de agua por medición de flujo y adición de colorante manual. A continuación se presenta la descripción detallada de dicha propuesta. 88

103 INICIO NO Indicarle al sistema la versión a realizar Tomar muestra de análisis cuando el sistema lo indique Pesar colorante Sistema indica agregar colorante? SI Agregar colorante e indicarle al sistema al terminar Indicarle al sistema el tanque de patio de destino. FIN Fig. 38: Diagrama de flujo corregido de la operación de la etapa de mezclado con el sistema automatizado Un prepesado por cada Batch con adición de agua por medición de flujo y adición de colorante manual Esta propuesta consiste en eliminar los tanques de premedidas actuales y colocar sólo dos con la misma función; con la diferencia que antes se cuantificaba en un tanque, un solo material y ahora se plantea medir todos los materiales (con el orden que requiera el mezclado) en un solo tanque por Batch, es decir dos tanques para todo el proceso. Para lograr esto, todas las materias primas deben estar conectadas por medio de la bomba y tuberías a ambos tanques de prepesado. Por cada tanque se colocarán dos celdas de cargas. Además se agregará en cada TPM un spray ball para limpiar automáticamente los tanques después de que sean utilizados. Para el adicionamiento de agua se colocará dos medidores de flujo, uno para cada Batch. El colorante se seguirá agregando de forma manual. 89

104 Justificación de la propuesta La opción más tentativa para los instrumentos a utilizar fueron las celdas de carga para las materias en pipas y medidor de flujo para el agua; en base a esto, se crea la propuesta explicada previamente. Ahora bien, por qué utilizar dos celdas de cargas por tanque o dos medidores de flujo cuando puede ser uno solo? La razón se basa en satisfacer las necesidades de la automatización, alinear el diseño con los criterios preestablecidos. Se colocarán dos celdas de carga por tanque para aumentar la sensibilidad de la medida y por ende la apreciación; de esta forma se logra que las mediciones que se realicen en los prepesados sean más exactas y precisas. Por otro lado, se usaran dos prepesados, uno por cada Batch con el objetivo de que el mezclado en un Batch no dependa del otro, es decir, si ambos necesitan realizar un prepesado de los químicos, lo podrán hacer, ya que hay dos tanques, uno para cada uno. Análogamente, la razón de los dos medidores de flujo para el agua, es para poder alimentar de agua a los Batches de forma paralela. Con este diseño es posible iniciar un batido en cada mezclador al mismo tiempo. Especificaciones de los equipos Para describir las especificaciones de los equipos, en primera instancia se presenta la lista de los mismos, posteriormente se detallará para cada uno el criterio de selección según los requerimientos del diseño y finalmente se expondrá el equipo específico a utilizar. A continuación se presenta la lista de los equipos y dispositivos a utilizar para la instrumentación del proceso: - 4 celdas de carga. - 2 terminales de pesado. - 2 medidores de flujo electro válvulas válvulas neumáticas. - 2 Spray ball. - 1 interruptor de 110VAC. 90

105 A continuación se describen los requerimientos de cada uno de los equipos. Éstos están alineados con las normativas de sanidad y calidad expuestas en el marco metodológico del presente trabajo. Además deben cumplir con los requerimientos del proceso. Celdas de carga: Deben poder realizar mediciones de hasta 100Kg. El error de las mediciones de carga en la entrada del controlador no debe superar el 5%. Fácil instalación para la operación, es decir, deben incurrir menores cambios en la infraestructura de la operación. Terminal de pesado: Ser compatible con las celdas de carga seleccionadas. Que tenga dos sumadores de por lo menos dos entradas cada uno. Transformar la señal de salida de las celdas de carga la cual está dada en mv, a una señal de 4-20mA para que sea entendida por el controlador. El error de las mediciones de carga en la entrada del controlador no debe superar el 5%. Medidores de flujo: Error menor al 1%. Bajo costo. Fácil instalación. Debe estar diseñado bajo las normas sanitarias expuestas en el Marco Metodológico. Electro válvulas: Que trabajen con el voltaje de línea 60Hz) Bajo costo. Calibre de ¾ para todas las válvulas. Válvulas neumáticas: Que sean sanitarias. Que trabajen a 80PSI de aire comprimido. 91

106 Tiempo a apertura y cerrado cortos (excepto para las entradas de agua). Tiempo de apertura y cerrado tenue para las entradas de agua debido a que la lámpara UV se ve afectada negativamente y el cambio de presión es brusco en esas tubería. Los calibres deben ser iguales a los de las tuberías donde serán dispuestas las válvulas. Spray balls: Hechas en acero inoxidable. Ángulo de incidencia mínimo del agua sobre el tanque de 180. Calibre de 3. Relay: Corriente de alimentación menor a 0.5A Excitación de 120VAC. De fácil implementación. Montura segura. Con estos requerimientos, se definieron los dispositivos de la instrumentación del sistema. A continuación se presentan las especificaciones de cada uno. Celdas de carga Las celdas de carga seleccionadas son pequeñas, de 2 centímetros de diámetro. Realizan la medición de peso por medio de un contacto que poseen en la parte superior. En la Fig. 39 se pueden observar la celda de carga seleccionada. Las principales razones de utilizar este tipo de celda de carga son el rango de medición (que permite cuantificar pequeños pesos de materiales) y la facilidad de implementación con respecto a otros tipos. Este segundo punto se especifica posteriormente. A continuación se presentan las especificaciones técnicas de las celdas de carga. 92

107 Fig. 39: Dimensiones de las celdas de carga. Tabla 31: Especificaciones de las celdas de carga Parámetro Especificación Capacidad medible (CM) 100Kg Salida medible (SM) 1.0mV/V ± 1% No linealidad 1% SM Temperatura de operación - 20 ~ 80 C Balance cero 1% SM Efecto de la temperatura en la salida 0.1% Carga/10 C Efecto de la temperatura en el balance cero 0.1% SM/10 C Resistencia de entrada 350Ω 3.5Ω Resistencia de salida 350Ω 5Ω Voltaje de alimentación 10V (recomendado), 15V (máximo) Conexión eléctrica 22AWG Sobrecarga segura 150% CM Sobrecarga de daño 300% CM Cable incluido 1.5 m de #22 AWG Material Acero inoxidable 93

108 Tabla 32: Información del cableado Cable Señal Rojo Exc. + Verde Sig. + Blanco Exc. - Azul Sig. - No protegido Tierra Estas especificaciones cumplen con los requerimientos del dispositivo. Permite un error máximo de 1%, tiene capacidad de medir hasta 100Kg cada una, voltaje de alimentación de 10 C, temperatura de operación adecuada y tiene un buen desempeño para el resto de las variables. Las especificaciones de los tanques donde su ubicarán las celdas de carga se muestran en la Tabla 33. Tabla 33: Especificaciones técnicas de los tanques de premedidas Parámetro Especificación Material Acero inoxidable Capacidad 100 litros Diámetro (cm.) 40 Altura (cm.) 80 Espesor (mm) 50 Peso (Kg.) 48 Para las celdas de carga es necesario una caja de conexiones, ya que éstas traen consigo 1.5 metros de cable que no son suficientes para conectarlas al panel principal. Para ello se dispone de una caja de conexiones que permita hacer la escala de cableado entre estos dispositivos. En la Tabla 34 se presentan las especificaciones de la caja de conexiones. Tabla 34: Especificaciones técnicas de la caja de conexiones Parámetro Especificación Material Acero inoxidable Alto (pulgadas) 16 Ancho (pulgadas) 12 Profundidad (pulgadas) 6 Peso (Kg.) 46 Montaje Pared 94

109 Terminales de pesado El terminal de pesado seleccionado es suficiente para la aplicación que se requiere. Existen otros que poseen más funciones y mayor capacidad de cómputo, pero no es el caso del presente proceso. El costo es bajo, posee la robustez suficiente para el proceso y cumple con los criterios establecidos previamente. A continuación se describen las características del dispositivo. Características Suma hasta 4 celdas de carga. Acondiciona la señal de entrada. Entradas desde 5mV hasta 50mV escala máxima. Salida en 4-20mA ó 0-20mA. Capaz de energizar (alimentar) hasta 4 celdas de carga. Alimentación AC o DC. Las especificaciones técnicas se presentan en la Tabla 35. Tabla 35: Especificaciones de los terminales de pesado Parámetro Especificación Rango de entradas 5mV a 50mV Escala máx. Linealidad ± 0.01% Escala máx. Ajuste de tara - 3mV a 6.5mV Power input 115 VAC / 230VAC 50/60 Hz Temperatura de operación - 25 a 55 C Peso 4.7 Kg. Material Acero inoxidable Medidas 10" L x 8" A x 4" H El rango de entradas está entre 5mV y 50mV, suficiente para las celdas utilizadas que tiene un valor nominal de 10mV. Posee un error de linealidad bajo. Es capaz eliminar el peso del 95

110 tanque vacío para sólo enviar al controlador el peso de las materias primas. Permite además una salida de 4-20mA. Medidores de flujo El medidor de flujo está divido en dos partes, el sensor y el trasmisor. El primero es el que toma la medida de flujo de agua y el segundo trasmite la señal eléctrica del sensor por medio de 4-20mA hacia el controlador del sistema. Tabla 36: Especificaciones del trasmisor del medidor de flujo Parámetro Corriente de salida Salida digital Frecuencia Salida activa Entrada digital Corte de apagado Especificación 0-20mA, 4-20mA. 0-10Hz 50% duty cycle. 24VDC, 30mA, protección de corto circuito VDC Máx. Flujo. Detección de tubería vacía Ri del electrodo > 1 x Ω Hart, Profibus, Opciones de comunicación Modbus, DeviNet. 4-20mA. Voltaje de alimentación VAC 50/60Hz Calibre 3" Temperatura del proceso - 30 ~ 150 C Presión nominal máx. 600 PSI Material de revestimiento Cerámica Material de los electrodos Platino sinterizado Frecuencia de excitación 6.25Hz 96

111 Las principales razones por la que fue seleccionado este dispositivo son: diseñado para aplicaciones sanitarias, permite una salida de 4-20mA y error en las mediciones menor al 1%; alimentación AC de la línea. A continuación se presentan las dimensiones físicas del equipo. Fig. 40: Dimensiones físicas del medidor de flujo. flujo. En la parte superior de la Fig. 40 se puede observar el trasmisor y debajo de éste el sensor de Electro válvulas Las electro válvulas seleccionadas han sido usadas en otros procesos de la planta y los resultados arrojados por estos dispositivos han sido muy buenos. Esta fue la principal razón de la selección. Además los requerimientos de diseño se cumplen con estos instrumentos. A continuación se describen las características de los mismos. Características Válvula de tres vías. Consumo de potencia bajo. Solenoides intercambiables fácilmente. Voltaje de alimentación DC y AC. Calibre ¾. Tiempos de respuesta optimizados. 97

112 La válvula seleccionada es de tres vías debido al funcionamiento del sistema neumático. Para accionar la válvula neumática se abre dos de las 3 vías disponibles, de este modo pasa el aire comprimido; para cerrar la válvula se conecta la tercera vía con la vía de la válvula neumática para que el aire restante del actuador pueda salir por la tercera vía (vía de escape de aire). Esto se puede observar gráficamente en la Fig. 41 y la Fig. 42. Fig. 41: Encendido de la válvula neumática. Electro válvula energizada. Fig. 42: Apagado de la válvula neumática. Estado normal de la electro válvula. Son importante otros dos puntos de las características de estos instrumentos, el primero es que el solenoide que se utiliza para activar la electro válvula está separado de la válvula como tal, esto implica que si de daña el solenoide, éste se puede cambiar sin desmontar la válvula; el segundo punto es que estos dispositivos permiten alimentación de la línea 120VAC. En la Fig. 43 se observa la válvula y el solenoide. Además, en la Tabla 37 se pueden observar las especificaciones de las electro válvulas seleccionadas. Fig. 43: Electro válvula a la izquierda y el solenoide de la misma a la derecha. 98

113 Tabla 37: Especificaciones de las electro válvulas (sin el solenoide) Parámetro Especificación Calibre 3/ 4 " Posición normal Cerrada Alimentación de aire Interna Caudal nominal 500 l/min. Presión de funcionamiento PSI Tiempo de desconexión 29ms Tiempo de conexión 9ms Peso 240g Conexión eléctrica 3 contactos Material Aluminio El calibre coincide con la tubería de aire comprimido de la planta, la posición normal es la que conecta las vías de salida de aire desde la válvula neumática y los tiempos de apertura y cerrado son bajos, menores a 30ms. Válvulas Neumáticas Las válvulas neumáticas están constituidas por dos partes, una válvula mariposa manual y un actuador neumático. Ambas partes se ensamblan para formar la válvula neumática. Este instrumento se cotiza por separado pero lo envían ya ensamblado. A continuación se exponen las especificaciones de ambas partes de las válvulas. Tabla 38: Dimensiones de la válvula neumática Dimensiones (mm) Tamaño A B C D E 1" " " " " " Fig. 44: Válvula tipo mariposa. 99

114 A la válvula mariposa de la Fig. 44 se le coloca un actuador neumático y se le elimina la manilla para operarla de forma manual. En la Tabla 39 se muestran las características físicas del actuador. Fig. 45: Actuador neumático. Tabla 39: Dimensiones del actuador neumático A Tamaño (mm) 1" " 238 2" " 247 3" 254 4" 271 Los calibres de cada válvula dependen de la tubería donde serán ubicadas. Sin embargo, se puede observar que existen válvulas neumáticas desde 1 hasta 4, acordes con las dimensiones de las tuberías del proceso. Spray balls Las spray balls seleccionadas cumplen con los criterios de diseño planteados. Están hechas en acero inoxidables para cumplir las normas sanitarias. Además tienen un ángulo de rociamiento mayor a 180 por lo tanto ambos TMP serán limpiados por completo. Cabe destacar que las dimensiones de estas piezas están acorde con las dimensiones de los TMP. En la Fig. 46 se muestra la disposición en los tanques de los spray balls y en la Tabla 40 las especificaciones técnicas de las mismas. El calibre de entrada de las piezas fue seleccionada con 2 con el objetivo de aumentar la presión de rociamiento en los TPM. Debido a esto, se debe realizar una conexión soldada de 3 a

115 Fig. 46: Disposición en tanque y patrón de rociamiento de las spray balls, Tabla 40: Especificaciones técnicas de las spray balls Parámetro Especificación Angulo de rociamiento 194 Dimensiones Diámetro (mm) 93 Altura (mm) 115 Calibre de la tubería 2" Material Acero inoxidable Relay El interruptor automático a utilizar posee una entrada AC y un contacto de salida. Este dispositivo es diferente a los que normalmente se utilizan en la industria, y también más costoso. La razón es que la entrada es AC y no DC, por lo tanto, para accionar el contacto interno del dispositivo primero se debe rectificar la señal de entrada; esta etapa no la contienen los relays de entradas de voltajes directos. El hecho de que la entrada sea AC permite ahorrar dinero en los módulos de salida del controlador, posteriormente se explicará este punto. Otro aspecto importante evaluado para su selección fue la seguridad que brinda este dispositivo debido al montaje que posee. En la Fig. 47 y en la Fig. 48 se observa el relay y en la Tabla 41 se presentan las especificaciones técnicas. 101

116 Fig. 47: Medidas del relay de la lámpara UV Fig. 48: Relay de la lámpara UV Tabla 41: Especificaciones del relay de la lámpara UV Parámetro Especificación Especificaciones Rango de voltaje 90 a 280VAC de entrada Corriente de entrada 10mV (regulada) Ruptura dieléctrica 4000 RMS Capacitancia 8pF Parámetro Especificación Rango de voltaje VAC Especificaciones Corriente de salida máx. 10A de salida Rango de frecuencias 47 a 80Hz Tiempo de activación 1/2 de ciclo a 60Hz Tiempo de desactivación 1/2 de ciclo a 60Hz Especificaciones Material Aluminio físicas Medidas 12" x 12" x 1/8" Diagrama de instrumentación del proceso Cuando se seleccionó la propuesta se introdujeron los esquemas de control a utilizar en el proceso. Todos estos procesos de control se muestran en las Fig. 49 y Fig. 50, las cuales son los diagramas de instrumentación de la etapa de mezclado y almacenaje del producto. En la parte superior de la Fig. 49 se pueden observar las pipas de las materias primas, éstas están conectadas con ambos prepesados. Para cada uno de ellos se abre una tubería por cada 102

117 materia prima con su respectiva válvula. El producto es transportado desde las pipas hasta los prepesados por medio de bombas de desplazamiento positivo, las cuales son accionadas por electro válvulas, éstas energizadas a su vez por el controlador del sistema. Este control ON/OFF se señala por medio de un círculo que indica la etiqueta de la tarjeta de salida del controlador. Cada prepesado cuenta con dos celdas de carga que se conectan a un sumador, el cual es conectado al controlador. Esta configuración es un transductor de una señal mecánica a eléctrica; esto se indica por medio del círculo que sale de las celdas de carga y que se conecta con cada uno de los círculos de las válvulas que conectan las materias primas con los prepesados. La información de las celdas de carga es utilizada por el controlador para abrir o cerrar las válvulas neumáticas según sea el caso. Cada prepesado además, tiene una válvula de descarga, éstas también son controladas de la misma forma. El controlador, por medio de una salida, energiza la electro válvula necesaria para descargar el contenido de los TPM en los Batches. Por otro lado, también se puede observar que cada Batch tiene una entrada de agua y un spray ball; en las entradas de agua se ubica un transductor de flujo de agua, esta información llega al controlador, quien ejecuta un control ON/OFF sobre la electro válvula que activa la válvula neumática de la entrada de agua. Los spray balls por su parte son controlados de la misma forma abriendo o cerrando la válvula que permite el paso de agua a los rociadores. Finalmente, resta el traslado del producto a los tanques de almacenamientos. Para ello, cada Batch tiene una tubería de salida, regulada por dos válvulas neumáticas; estas válvulas son accionadas por electro válvulas controladas por el sistema como se muestra en la figura. Una vez abierta la válvula del Batch a descargar, se abre de igual forma la válvula del tanque de patio de destino y se acciona la bomba de transferencia por medio de la salida señalada en el diagrama. En la Fig. 50 se puede observar la disposición de los tanques de almacenamiento y la instrumentación que se obtiene en esta parte. Con la instrumentación definida, y el diagrama de control elaborado restan los diagramas de lazos del sistema de control. Estos diagramas muestran las conexiones detalladas de cada uno de los instrumentos a utilizar. Las referencias numéricas que aparecen en todos los círculos de la Fig. 49 y la Fig. 50 son los vínculos a los lazos de control que se detallan a continuación; de esta forma, si se desea conocer la conexión de un lazo de control específico, se identifica la etiqueta del lazo para ubicarla en el diagrama de conexión respectivo. 103

118 Controlador de ph CS CS CS 044 Agua suavizada 120VAC CS 052 Activo WT 041 CS 003 Quelante CS 013 CS 039 CS 004 CS 014 FT 039 No iónico CS 015 CS 037 CS 005 Preserverante Perfume 1 Perfume 2 Perfume 3 Perfume 4 Perfume 5 Perfume 6 Perfume 7 CS CS CS CS CS CS PREPESADO 1 CS CS 022 CS CS CS CS 021 CS CS CS CS CS CS CS CS CS CS CS CS BATCH 1 WT WT CS CS CS Hacia tanque de patio 1 Hacia tanque de patio 2 Hacia tanque de patio 3 Hacia tanque de patio 4 Segundo plano Segundo plano Segundo plano Segundo plano Fig. 49: Diagrama ½ de instrumentación del proceso. 104 CS 012 CS 025 CS 024 CS 023 PREPESADO 2 CS 038 FT 040 BATCH 2 WT 042 CS 043 CS 040 Electroválvula de 2 vías Electroválvula de 3 vías Válvula neumática Bomba neumática

119 Aire comprimido Desde el distribuidor de la bomba de transferecia Desde el distribuidor de la bomba Desde el distribuidor de la bomba Desde el distribuidor de la bomba de transferecia CS de transferecia CS de transferecia CS CS LT LT LT LT TANQUE DE PATIO 1 TANQUE DE PATIO 2 TANQUE DE PATIO 3 TANQUE DE PATIO 4 A las líneas llenadoras A las líneas llenadoras A las líneas llenadoras A las líneas llenadoras Fig. 50: Diagrama 2 /2 de instrumentación del proceso. 105

120 Los diagramas de conexión plantean el diseño en detalle del sistema. Así como se muestra en estos diagramas, serán las conexiones entre los equipos. Con este fin, se muestran la identificación de los pines de conexión, los tipos de cable a utilizar y cualquier equipo intermedio requerido para la implementación en campo. Estos diagramas se presentan en el Apéndice A del presente trabajo. Diagrama de las electro válvulas: Las electro válvulas se conforman por dos partes, el solenoide y la válvula; las empresas que elaboran estas válvulas las realizan de esta forma para poder cambiar el solenoide sin necesidad de cambiar toda la válvula. La parte que tiene conexión eléctrica es el solenoide. Éste trae 3 terminales de entrada, uno para el vivo, otro para neutro y el tercero para tierra. Todas las conexiones de vivos de las válvulas son conectadas a los módulos de salidas digitales del controlador, de esta forma, cuando se active una de estas salidas se conecta el vivo del solenoide a la línea de alimentación de la válvula seleccionada. Los neutros por su parte se conectan al COM de los módulos de salida y las tierras van conectadas directamente a la tierra de la planta. Diagrama de las celdas de carga: Los terminales de pesaje son cruciales en estas conexiones. Ellos son los que alimentan a las celdas de carga respectivas con 10VDC. Con este valor de excitación cada celda de carga logra un voltaje nominal de 10mV. Las celdas de carga a su vez envían la medición por medio de los cables SIG+ y SIG- a los terminales de pesaje. A parte de esta conexión, el terminal de pesaje se alimenta de la línea de 120VAC y tiene una conexión de salida de 4-20mA al módulo de entrada analógica del controlador. Diagramas de los medidores de flujo: El medidor de flujo, como se explicó anteriormente, se compone del sensor y el trasmisor. En la Fig. 71 y Fig. 72 del Apéndice A se observan los pines del sensor que deben ser conectados al trasmisor; además esta conexión cuenta con un cable que se conecta a la armadura del trasmisor para obtener una tierra más estable y de esta forma disminuir el ruido en el canal. Los pines 31 y 32 de cada trasmisor son los que se conectan al módulo de entradas analógicas del controlador. 106

121 Especificaciones de cableado En la instrumentación del proceso se pueden identificar dos tipos de señales: de bajo amperaje o bajo voltaje y de alto voltaje. Las primeras son todas aquellas que existen entre los dispositivos y en las salidas y entradas del controlador; las segundas por su parte, son aquellas señales que alimentan a los instrumentos con 120VAC. Se definió un tipo de cable para ambos tipos de señales. Señales de bajo amperaje o voltaje: Estas señales son vulnerables al ruido del ambiente, por ende, los cables utilizados en estas conexiones deben ser apantallados 5, el recubrimiento de los cables van conectados como se muestra en los diagramas de lazos de cada dispositivo. Debido a que las distancias son muy cortas (alrededor de 5m por conexión), no es necesario que los cables sean armados 6. Por otra parte, en consecuencia al bajo amperaje que se maneja se definió un cable #22 AWG para las conexiones. Las características del cable se muestran en la Tabla 42. AWG Tabla 42: Especificaciones de cables #22 AWG Calibre (mm) Ohms per Km. Máx. Corriente para transmisión de potencia Señales de alto voltaje: Estas señales corresponden a las que alimentan a los dispositivos. Debido a que implican una transferencia de potencia a los dispositivos, se debe usar un cable de menor resistencia que el #22 AWG para que las pérdidas en el canal sean muy bajas. Además, el manejo de corriente del cable de alimentación debe ser mayor por motivos de seguridad. Por estas razones se definió para estos casos el cable #14 AWG. Estos conectores no deben ser apantallados porque el ruido en estas señales no afecta al sistema y no requieren armadura porque la alimentación de la línea está cerca de los equipos. En la Tabla 43 se muestran las especificaciones del cable de estas señales. 5 Malla conductora que cubre al cable para reducir el ruido en la señal. 6 Chaqueta sólida pero fina de cobre para proteger el cable durante recorridos largos. 107

122 AWG Tabla 43: Especificaciones de cables #14 AWG Calibre (mm) Ohms per Km. Máx. Corriente para transmisión de potencia Ubicación de equipos y de cableado Hay que tomar en cuenta varios puntos a la hora de localizar los dispositivos descritos. Incluso, la instalación en algunos casos va de la mano con la selección de los instrumentos. A continuación se describe la ubicación de cada uno de los instrumentos en el área de operación y en la Fig. 54 se puede observar la disposición del cableado del proceso. Con respecto a las celdas de carga, la selección del tipo de celda a utilizar se hizo acorde con la implementación en el campo. El objetivo fue encontrar la forma más rápida, económica y fácil de instalar los instrumentos. Para ello se estudió en primera instancia la disposición actual de los TPM. Ésta se muestra en la Fig. 51. TPM Fig. 51: Disposición de los TPM en la operación. El TPM posee dos manillas laterales que se posan sobre un tubo de metal que se sostiene de otro que se ubica arriba de los tanques. Analizando esto, se concluyó que la mejor forma de 108

123 incluir celdas de carga era en los extremos donde se sostiene el TMP. De esta forma, la instalación de estos dispositivos se realizará como se observa en la Fig. 52. TPM Fig. 52: Ubicación de las celdas de carga en el TPM. En la tubería de salida se debe instalar una tubería flexible para que el peso del TMP caiga sobre las celdas de carga. Los terminales de pesado se ubicarán en el panel principal de la operación. En la Fig. 54 se muestra la localización del panel en el layout de la etapa de mezclado. Los medidores de flujo por su parte serán instalados en las entradas de agua de los Batches. Esta instalación se realizará como se muestra en la Fig. 53. Entrada de agua al Batch Fig. 53: Disposición del medidor de flujo en la tubería. 109

124 Esto garantiza que la tubería donde se encuentra el sensor esté completamente llena de agua. Cabe destacar que no debe haber una tubería de agua (de esa misma conexión) por debajo del nivel de la tubería del sensor de flujo. Las válvulas se dispondrán a lo largo de las tuberías entre las materias primas, los TMP, los Batches y los tanques de almacenamiento. La disposición de los spray balls se define en la Fig. 46. Finalmente, el relay de la lámpara UV se localizará en el mismo panel donde se ubican los terminales de pesaje. Materias primas Tanques de pre medidas Mezanine 1 Balanza Zona de pesaje y adición del colorante Mezanine 2 Batch 1 Batch 2 Materias primas Lámpara UV Mezanine 1 Panel principal de la operación Fig. 54: Ubicación del cableado de los equipos. 110

125 Las franjas negras de la Fig. 54 son las tuberías de los cables del sistema. Estas tuberías, también llamadas conduit se ubican en la parte superior de la planta. Los círculos negros indican una tubería de cables que baja en ese punto para los instrumentos ubicados en el proceso. Finalmente, el cuadrado de líneas punteadas indica la ubicación de la caja de conexiones de las celdas de carga. Requerimientos del usuario (RU) Diagramas de estado Culminado el diseño de la instrumentación del sistema, se especifican en esta etapa los requerimientos del usuario, es decir, los requerimientos de la planta sobre la automatización a implementar. En otras palabras estos requerimientos indican cuales pasos debe seguir el sistema a implementar y en qué orden. Los requerimientos que se presentan a continuación será la información utilizada para programar el software maestro del controlador. Cabe destacar que para definir estos requerimientos es necesario definir en primer lugar la instrumentación del sistema ya que cada paso a ejecutar es tan específico como la indicación de que válvula abrir o cerrar. Por lo tanto, no es lo mismo manejar por ejemplo un medidor de flujo o un sensor de nivel para alguna medición debido a que es posible de que ambos elementos se utilicen de forma distinta. Los RU se presentan en una tabla de varias columnas en el Apéndice B. En ésta se exponen los pasos a seguir por el controlador durante la ejecución de un batido. Dichos pasos se enumeran en cada ejecución para tener un orden coherente en las acciones a tomar. Cabe destacar que se presentan dos tablas, una para las versiones cítricas y otra para las versiones no cítricas, ya que como se ha mencionado anteriormente, los procedimientos a seguir para la elaboración de estas versiones, son diferentes. Sistema de alarmas El sistema de control automatizado debe contar con un sistema de alarmas (SDA) para prevenir pérdidas de materiales y de producto. Éste SDA prevé fallas mecánicas de los materiales más no fallas en el software del controlador. Es decir, ejecuta ciertas alertas en el momento que 111

126 un dispositivo falle en su operación más no considera la posibilidad de que el algoritmo de control esté mal diseñado. Esto se debe a que en principio el software debe ser puesto a prueba bajo todas las condiciones antes de incluirlo en la operación, además de que el SDA forma parte de este algoritmo, por lo tanto no son aceptables los errores de programación. El SDA puede evitar además de pérdidas de materiales, derrames de productos en los tanques, daños irreversibles en los instrumentos, inseguridad para el operador y para el personal que labora en las cercanías de la planta, pérdida de tiempo de operación y no cumplimiento de la planificación de la producción. En la Fig. 55 se presenta el diagrama de flujo del algoritmo de programación con las alarmas incluidas. El algoritmo es el mismo URD pero con las alarmas incorporadas. Existen varios tipos de alarmas en el proceso, a continuación se describe cada una de ellas. ALARMA Sobre adición / no adición: Indica que se agregó más cantidad de la debida o que no se agregó la cantidad necesaria de un material específico. Las formas para que el sistema identifique la alarma son las siguientes: Sobre adición: una vez que se haya agregado lo necesario de la materia prima, se espera un tiempo finito para verificar que se ha dejado de bombear producto. En caso de que se mantenga el peso, se continúa el proceso, en el caso contrario se activa la alarma. No adición: una vez que se haya ordenado el bombeo del producto y después de un tiempo finito no ha habido un cambio de peso en el tanque se activa la alarma. ALARMA No descarga: Indica que el prepesado no ha sido descargado al Batch. La forma de identificar este caso es evaluando el peso del TPM después que se haya ordenado descargar el prepesado; si el peso no disminuye se activa la alarma. ALARMA No limpieza: Indica que no el spray ball no ha iniciado la limpieza del TPM. La manera de identificar esta desviación es evaluando la medida de las celdas de carga del TPM una vez que se haya ordenado activar el spray ball. Si las celdas de carga del TMP no indican un peso del agua que rocía el spray ball, se activa la alarma. 112

127 ALARMA No transferencia: Indica que la transferencia del producto no ha sido completada. Para identificar esto, el sistema debe supervisar la señal de los sensores de nivel de los tanques de almacenamiento. Si después de un tiempo finito, de que se ordena la transferencia no aumenta el nivel del tanque de destino, la alarma es activada; en el caso de que el valor del incremento del volumen del tanque no alcance el volumen del batido después de un tiempo finito, también se activa esta alarma. En caso de que una alarma se active, el controlador detiene el algoritmo de control y sólo cuando el operador le indique que el problema ha sido solventado, éste continuará ejecutando el control supervisorio. Costo de la instrumentación del sistema automatizado Una vez definidos los equipos, instrumentos, accesorios y cables a utilizar, se procede a continuación a calcular el costo de la instrumentación del sistema. En la Tabla 44 se puede observar los componentes con sus respectivos costos DISEÑO BÁSICO DEL SISTEMA DE CONTROL El sistema de control se compone por todos los equipos involucrados en ejecutar el control supervisorio de todo el sistema. En el proceso de manufactura de limpiadores se implementará un sistema SCADA. Esto implica que además de ejecutarse un control supervisorio, existirá un sistema de reportes de la producción del proceso, así como también reportes históricos del mismo. Procter & Gamble cuenta con el trabajo de empresas globales de automatización para desarrollar sistemas SCADA. De este modo, existen aplicaciones diseñadas por empresas calificadas, sólo para Procter & Gamble. Esta inversión se lleva a cabo gracias a las numerosas plantas que tiene la compañía alrededor del mundo; es decir, las aplicaciones desarrolladas son utilizadas en todas las plantas de limpiadores de Procter & Gamble que deseen automatizar sus procesos. 113

128 INICIO NO ALARMA No descarga NO NO ALARMA No descarga ALARMA No limpieza ALARMA Sobre adición / no adición Agregar 100% del agua total Encender mezclador Prepesado listo? SI Descargar prepesado Indicar que se descargó el prepesado 45 min transcurridos? SI Prepesado listo? SI Descargar prepesado Limpieza del TPM NO Pedirle al usuario versión a realizar Pedirle al usuario Batch a utilizar Encender lámpara UV 5 min transcurridos? SI Versión? Cítricas No cítrica ALARMA Sobre adición / no adición ALARMA Sobre adición / no adición ALARMA Sobre adición / no adición ALARMA Sobre adición / no adición ALARMA Sobre adición / no adición ALARMA Sobre adición / no adición ALARMA Sobre adición / no adición Agregar materia prima 1 Agregar materia prima 2 Agregar materia prima 3 Agregar 10% del agua total Agregar materia prima 1 Agregar materia prima 2 Agregar materia prima 3 SI Indicar que el prepesado está listo se descargó el prepesado? Encender mezclador Indicar que el prepesado está listo NO ALARMA Sobre adición / no adición Agregar materia prima 5 Agregar materia prima 4 NO Prepesado listo? SI ALARMA Sobre adición / no adición NO se descargó el prepesado? Agregar materia prima 6 ALARMA Sobre adición / no adición ALARMA Sobre adición / no adición ALARMA No descarga Descargar prepesado Agregar materia prima 6 Agregar materia prima 5 Agregar materia prima 4 Indicar que el prepesado está listo Indicar que se descargó el prepesado Indicar que el prepesado está listo ALARMA Sobre adición / no adición ALARMA Sobre adición / no adición INICIO NO 10 min transcurridos? SI Pedirle tanque de destino al usuario SI Transferir el producto Pedirle tanque de destino al usuario Transferir el producto ALARMA Sobre adición / no adición Agregar 90% del agua total NO 10 min transcurridos? ALARMA No transferencia NO SI 10 min transcurridos? SI ALARMA No transferencia NO 45 min transcurridos? SI ALARMA No descarga SI Colorante agregado? NO Colorante agregado? NO NO Prepesado listo? SI Descargar prepesado Limpieza del TPM Fig. 55: Diagrama de bloques del algoritmo de control con el Sistema De Alarmas. 114 INICIO ALARMA No limpieza

129 Tabla 44: Lista de componentes de la instrumentación del proceso Componente Tipo Descripción Celda de carga Eléctrico Celdas de carga de 2cm de diámetro. 100Kg, 1mV/V. Terminal de pesaje Sensor de flujo Trasmisor de flujo Eléctrico Eléctrico Eléctrico Sumador hasta 4 celdas de 350W. Convertidor a 4-20mA. Pantalla LCD. Programable. Calibre 3". < 1% de error. Sanitario. Pantalla de cristal líquido. Convertidor a 4-20mA. Programable. 115 Cantidad ( c / u, m) Precio unitario (Bs.) Total (Bs.) Total ($) 4 258, ,032, ,677, ,354, , , ,376, ,107, ,214, , Electro válvulas Eléctrico De 3 vías. 120VAC , ,720, , Relay Eléctrico Entrada 120VAC. 4 Cables , , Cable Eléctrico #22 AWG. Apantallado. 70 1, , Cable Eléctrico #14 AWG 150 2, , Caja de conexiones Mecánico Acero inoxidable, Nema 4X, 16x12x6" 1 771, , Válvula mariposa Mecánico Tipo clamp. 1 / 2 ". Sanitario , , Válvula mariposa Mecánico Tipo clamp. 1". Sanitario , ,363, , Válvula mariposa Mecánico Tipo clamp. 2". Sanitario , ,908, Válvula mariposa Mecánico Tipo clamp. 3". Sanitario , ,976, , Actuador neumático Spray ball Tanques (TPM) Mecánico Mecánico Mecánico Actuador neumático para todos los calibres. Rociador de 2". 290 incidencia. Diámetro 93mm. Sanitario. Acero inoxidable. 200lts de capacidad. Sanitario , ,407, , , , ,142, ,285, , TOTAL 77,920, ,242.09

130 El presente trabajo se enfoca principalmente en la ingeniería en detalle de la instrumentación del proceso y de los esquemas (subsistemas) de control a ejecutar. Una vez finalizada esta etapa, se le especifica a la empresa diseñadora de las aplicaciones SCADA, cuáles son los requerimientos, en función a las necesidades de la operación, el diseño de la instrumentación del proceso y de los lazos de control que se desean ejecutar. De este modo se presentan a continuación los requerimientos de las aplicaciones de alto nivel necesarias en el proceso. Posteriormente, se define la arquitectura a implementar con dichas aplicaciones, los equipos requeridos y los protocolos a utilizar; para que la empresa desarrolladora de las aplicaciones, oferte e implemente el software requerido, para la terminación de todo el sistema Arquitectura del sistema La arquitectura del sistema muestra principalmente la organización de los componentes involucrados, la comunicación existe entre los mismos y los protocolos utilizados en las redes de comunicación. Es muy importante diseñar correctamente la arquitectura del sistema debido a que es el organigrama del mismo; ésta define el modo de trabajar de sistema de control. Para el diseño de la arquitectura se tomaron en cuenta los siguientes puntos: Seguridad de la red: Las redes del sistema están aisladas de la red interna de la empresa; este criterio es para brindarle más seguridad a la operación. Para acceder al sistema se debe utilizar sólo los ordenadores destinados para tal fin. Costos: Generalmente las redes de supervisión cuentan con servidores que brindan gran capacidad de almacenamiento y procesamiento de data, además de los computadores que sirven de interfaz con el usuario. Este diseño es muy costoso. Para ello la arquitectura diseñada cuenta con 2 ordenadores que cumplen las funciones de procesamiento de data, almacenamiento e interfaz con el usuario. Robustez: A pesar de lo compacto del sistema, se implementará una red Ethernet de supervisión y una red 420mA de control. De esta forma, el esquema presenta alto nivel de aplicación, lo cual asegura un buen funcionamiento bajo una plataforma rápida y segura.

131 En la Fig. 56 se presenta la arquitectura del sistema de control del proceso de manufactura de desinfectantes. HMI Estación de ingeniería Ethernet switch Red de supervisión Ethernet Controlador Red de control 420mA Fig. 56: Arquitectura del sistema automatizado del proceso de manufactura de limpiadores Software del controlador La arquitectura se compone de dos redes locales. La primera, es una red de control que comunica todos los sensores con el módulo de control por medio del protocolo 4-20mA. La segunda es una red Ethernet de supervisión que comunica el módulo de control con dos computadoras. Ambas redes son independientes una de otra para las tareas que realizan. 117

132 Un computador, asignado como servidor, provee los servicios de comunicación, adquisición de datos, administración de recetas y generación de reportes. Mientras que el otro ordenador habilita una HMI para operar el proceso y complementa la red para trabar bajo un esquema cliente servidor. Además este último computador trabaja también como una estación de ingeniería de donde se administran las recetas de las versiones, la programación del controlador y la generación de reportes Redes Como se mencionó anteriormente, existen dos redes locales en el sistema. A continuación se describe brevemente cada una de ellas. Red de supervisión Ethernet: La función de esta red es de compartir información de la operación; el servidor del sistema toma información sobre la operación del controlador y la almacena es su disco duro; el cliente por su parte dispone de una interfaz con el usuario para ubicar la información almacenada en el servidor. El flujo de información es del controlador al servidor y del servidor al cliente. Por otra parte, en el computador del cliente se ubica la HMI; por medio de ésta el usuario puede supervisar el proceso, puede ejecutar acciones generales como elegir la versión a realizar, o tan puntuales como abrir o cerrar una válvula específica. Red de control 4-20mA: La red de control esta aislada a la red de supervisión; esto evita que se trasmitan datos por el mismo canal pudiendo causar problemas de comunicación en la red de control. No es lo mismo tener un error al bajar un reporte en la red de supervisión que no cierre una válvula en un momento específico; por ello, esta red debe ser segura y aislada. Se pudo trabajar con otros protocolos como ControlNet o DeviNet, sin embargo lo compacto del sistema permitió implementar la red más sencilla, la 4-20mA. Para utilizar alguna de las dos anteriores se debe adquirir un módulo adicional para el controlador y cambiar/agregar algunos equipos de instrumentación lo cual hubiese elevado los costos del sistema. 118

133 Software Para lograr todos los requerimientos establecidos del sistema, se deben seleccionar, instalar y configurar un software para cada máquina. Con estas aplicaciones se completa un sistema SCADA para la elaboración de desinfectantes de la planta de detergentes. A continuación se presenta una breve descripción del software requerido y la ubicación del mismo. Sistema operativo: Tanto el cliente como el servidor debe contar son un sistema operativo específico; éste dependerá de software a utilizar en ambas máquinas. HMI: El servidor debe contar con un software que permita una interfaz con el usuario. Capaz de comunicarse con el controlador para definir parámetros que el usuario introduzca a través de la HMI. Este programa debe tener el proceso de forma gráfica, de esta forma el usuario puede ubicar fácilmente todos los equipos utilizados en la operación. Acceso a base de datos: El cliente debe contar con un sistema capaz de ubicar la información en el servidor y ordenarla acuerdo a los requerimientos de los reportes de la operación. Este software no necesariamente permite el procesamiento de la data. Procesador de datos almacenados: Este software permite el procesamiento de la data almacenada para bosquejar gráficos comparativos, tendencias históricas, ilustrativos, entre otros, sobre la operación. El diseño de los reportes lo realizará el departamento encargado de la operación debido a que conocen cuál es la información que necesitan sobre el proceso y que gráficas, ilustraciones, tablas, son necesarias para un mayor aprovechamiento del mismo. Manejador de recetas: La estación de ingeniería debe contar con un manejador de recetas para agregar, modificar o eliminar las mismas. El controlador accesa a esta información para definir las cantidades a agregar por materia prima y el orden de adición de las mismas. Programador del controlador: La estación de ingeniería debe disponer del programador del controlador. Este software ya está definido por el controlador a utilizar. 119

134 Equipos requeridos y costos estimados A continuación se presentan los equipos requeridos para la red de supervisión del sistema con un estimado de los costos de cada uno. Estos estimados son basados en los equipos instalados en el sistema de automatización para la manufactura de desinfectantes de la planta de Procter & Gamble en Argentina. Componente Controlador Fig. 57: equipos requeridos para la red de supervisión del sistema. Descripción 1.5MB user memory. No necesita rack. Cantidad ( c / u, m) PU (Bs.) Total (Bs.) Total ($) 1 4,721,400 4,721,400 2,196 Fuente de poder VAC 1 593, , Módulo de 16 puertos (0.5 A por salida digital salida) 2 567,600 1,135, Módulo de 8 puertos (0.5 A por salida digital salida) 1 412, , Módulo de 8 puertos (0.5 A por entrada salida) analógica 1 677, , Computador Pentium II MB RAM 2 3,225,000 6,450,000 3,000 Ethernet switch 8 puertos de conexión 1 537, , Sistema operativo, HMI, Manejo de bases de Software datos, Manejador de recetas, programador del controlador. TOTAL 14,527,550 6,757 Estos equipos se ubicarán en la operación de manufactura de limpiadores. Todos, excepto las computadoras, se ubicaran en el panel principal del proceso. Las computadoras se colocarán en la entrada de la etapa de mezclado. En el panel se ubicará el controlador, los módulos de entrada y salida, la fuente de poder y el switch. En la Fig. 58 se puede observar la disposición de estos equipos en el panel principal. 120

135 Fuente de poder Controlador (CPU) I/O 16 salidas digitales (CPU) I/O 16 salidas digitales (CPU) I/O 8 salidas digitales (CPU) I/O 8 entradas analógicas (CPU) Alimentación de instrumentación Alimentación de instrumentación Salidas digitales Salidas digitales Salidas digitales Entradas analógicas Ethernet switch Fig. 58: Panel principal de la operación de la etapa de mezclado. Las salidas y entradas de la instrumentación del sistema se conectan a varios slots de conexiones que se ubican en la parte superior del panel. De aquí sale el cableado hacia los módulos de entrada y salida del controlador que se ubican en el segundo rack del panel. Este montaje se diseña de esta manera para poder cambiar un módulo del controlador con facilidad sin necesidad de desmotar todo el cableado de la operación. Cabe destacar que este panel es el mismo que se ubica en la actualidad en la operación por lo que no se debe incurrir en gasto alguno con este esquema de cableado SIMULADOR DE LA PROPUESTA Con la implementación del sistema automatizado en el proceso de manufactura de limpiadores se logrará una reducción en el BCT. Esto se logrará gracias a la eliminación de varias actividades de la operación. Sin embargo, antes de realizar un estudio teórico para conocer en cuánto se reducirá el tiempo de batido, entre otros beneficios adicionales, se desarrolló un simulador que permite demostrar dichos beneficios de forma práctica. Este desarrollo permitirá comparar el sistema de operación actual con los datos previamente mostrados en la operación del proceso, con valores prácticos y más realistas que en el papel. Es un método más verídico ya que 121

136 el software toma en cuenta los tiempos de trabajo de los equipos y los errores de los mismos en la elaboración de los batidos. El simulador representa la HMI con la cual dispondrá el sistema. No es la que se utilizará en la operación, sólo busca simular el proceso para obtener distintos resultados prácticos. El software contempla desde que el operador comienza a realizar el batido hasta que los transfiere a los tanques de patio. Es decir, ya el control microbiológico de agua fue realizado, se abrió el lazo después del ozonador, para después indicarle al sistema cuál versión se realizará y en cuál tanque de mezclado. El software presenta la mayoría de las herramientas que el usuario dispondrá con el futuro sistema. Permite dos formas de operación: automática y manual, de esta forma el operador podrá encender o apagar un equipo cuando así lo desee. A continuación se presenta una descripción del simulador, de sus herramientas y de las formas de operación Descripción El simulador del proceso de manufactura (SDM) fue desarrollado en LabView 8.0 de National Instruments en las instalaciones de la Universidad Simón Bolívar. Permite modelar exactamente el proceso con la instrumentación y el control propuesto en el presente trabajo. Cuenta con una interfaz desarrollada en tres partes, para ello, la ventana principal dispone de tres pestañas en la esquina superior izquierda que le permite al usuario cambiar entre cinco opciones: Principal, Mezclado, Almacenaje, Tendencias y Otras variables. Principal: En la ventana principal de la interfaz, el usuario puede realizar las siguientes actividades: Especificar la versión a elaborar para el Batch 1 y 2. Ver las receta de la versión seleccionada para el Batch 1 y 2. Ver el valor de los distintos fluidos involucrados en el proceso. Ver el valor de los tiempos de mezclado. Detener el proceso. Ver la ayuda del SDM. 122

137 Especificar la forma de operación del SDM, entre automático y manual, para el Batch 1 y 2. La ventana principal del proceso se puede observar en la Fig. 59. Fig. 59: Ventana Principal del SDM del proceso. En los seleccionadores de la parte superior izquierda, el usuario puede seleccionar sólo una versión por Batch. A la derecha de estos seleccionadores, se muestran los valores de las recetas seleccionadas en los campos señalados como Receta de la versión seleccionada. Entre los valores de las recetas del Batch 1 y 2 se pueden observar los valores de los fluidos de la operación, en los campos denominados como valores de los fluidos del proceso. Finalmente, a la derecha de estos campos, se encuentran 4 botones: dos para el Batch 1 y dos para el Batch 2; además incluye uno para detener el SDM y otro para brindar ayuda al usuario en la parte inferior de la ventana. Los dos botones por Batch permiten cambiar la modalidad de manual a automático de la operación del proceso. A continuación se describe brevemente cada modalidad. 123

138 Modo Automático: La operación del proceso se ejecuta de forma automática sin necesidad del operador, es decir, las válvulas y bombas se energizan automáticamente siguiendo el proceso de elaboración. Existe comunicación entre el sistema y el usuario para la adición del colorante y el traslado del producto a los tanques de almacenamiento ya que como se describió en la etapa de diseño del presente trabajo, estas actividades requieren del operador para ser ejecutadas. Si el proceso no presenta ningún contratiempo, este modo será el utilizado para todos los batidos de la planta. Modo Manual: La operación del proceso la ejecuta el operador de forma manual (por medio de la HMI), es decir, el usuario enciende o apaga las válvulas y las bombas para adicionar las materias primas, descargar los prepesados y trasladar el producto a los tanques de patio. El encendido o apagado de los instrumentos se ejecuta haciendo clic sobre el equipo. Esta modalidad se utilizará solo en aquellos casos en que se necesite por algún motivo realizar una adición en el proceso, no contemplada en las recetas. Por ejemplo, pruebas de producto o adición de alguna materia prima por resultados negativos de los análisis. Mezclado: En esta ventana el SDM muestra de forma gráfica la etapa de mezclado. En esta parte el usuario puede realizar las siguientes actividades: Si el SDM está en modo automático para ambos Batches. Iniciar el proceso de mezclado. Observar el proceso de mezclado. Ver cuando debe ser agregado el colorante. Indicar que el colorante ha sido agregado. Controlar el proceso de transferencia del producto a los tanques de almacenamiento. Si el SDM está en modo manual para ambos Batches. Iniciar el proceso de mezclado. Controlar las adiciones de las materias primas y de la descargas de los prepesados. Indicar que el colorante ha sido agregado. 124

139 Controlar el proceso de transferencia del producto a los tanques de almacenamiento. Si el DSM está en modo manual para un Batch y en modo automático para el otro. Iniciar el proceso de mezclado para cada Batch. Observar el proceso de mezclado para el Batch que opera de modo automático. Controlar las adiciones de las materias primas y de la descarga del prepesado para el Batch que opera en modo manual. Ver cuando debe ser agregado el colorante para el Batch que opera de forma manual. Indicar que el colorante ha sido agregado para ambos tanques. Controlar el proceso de transferencia del producto a los tanques de almacenamiento. El operador puede energizar o apagar un instrumento dándole clic sobre el mismo. Cuando una válvula o bomba está encendida se muestra en verde, de lo contrario se muestra en rojo. Cabe destacar que para que un producto sea bombeado desde las materias primas al prepesado, por mencionar un ejemplo, se debe tanto abrir la válvula como encender la bomba, de lo contrario el producto no será transportado. En Fig. 60 la se puede observar esta ventana. Las tuberías de la parte superior provienen de las pipas de las materias primas. Éstas no serán mostradas en la HMI. El operador debe garantizar que haya producto para elaborar. En caso de que se agote durante la operación, el sistema alertará que no hay producto para el usuario detenga el proceso y cambie la materia prima. Si el operador no ejecuta este procedimiento, el sistema se detiene de forma automática. Los prepesados son los dos tanques de 100 lts señalados como Prepesado 1 y Prepesado 2, cada uno de ellos tiene una entrada para la materia prima al igual que se muestra en la Fig. 49. Ambos prepesados cuentan con una válvula de descarga a los respectivos Batches. Los indicadores de cada prepesado son kilos de materia prima y representan las celdas de carga de la instrumentación propuesta. Cada mezclador cuenta con una de entrada de agua. Los indicadores de la cantidad de agua adicionada en los Batches representan los medidores de flujo de la instrumentación propuesta. En la parte superior derecha de cada Batch se muestra un led que representa el encendido o apagado 125

140 del motor mezclador. Si el led está encendido, así lo está el mezclador. Debajo de cada Batch se ubica otro led que señala de la misma forma si el mezclado concluyó o todavía está en proceso. Fig. 60: Ventana de mezclado del SDM. Fuera de los mezcladores, a la derecha, se ubica otro indicador (led) que señala cuando el operador debe agregar el colorante, haciendo clic en este mismo indicador, el operador señala que ya el colorante ha sido agregado. Finalmente, cuando el indicador de terminación del batido se encienda, se puede descargar el producto de los mezcladores en los tanques de almacenamiento. Para ello se debe energizar la válvula de salida respectiva al tanque mezclador, la bomba de transferencia y la válvula del tanque de almacenamiento de destino. Esta última se activa en la ventana de Almacenamiento. Almacenamiento: En esta ventana el SDM muestra de forma gráfica la etapa de almacenamiento. En esta parte el usuario puede realizar las siguientes actividades: Observar el nivel y producto (versión) almacenado en cada tanque de patio. Abrir las válvulas de entrada de producto de los tanques de patio. 126

141 Cuando se finaliza la etapa de mezclado, para transferir el producto, se debe encender la válvula de salida del Batch, la bomba de transferencia y la válvula de entrada del tanque de almacenamiento de destino. Ésta última se opera en la ventana de almacenamiento. En caso de que estas válvulas, mostradas en la parte superior de cada tanque, sean abiertas sin que la válvula de salida de los mezcladores y la bomba de transferencia sean encendidas, no sucederá nada. En la Fig. 61 se muestra esta ventana. Fig. 61: Ventana de Almacenaje del SDM. Tendencias: En esta ventana el SDM muestra los resultados de las simulaciones. Para ello, se evalúan cuatro variables: BCT para versiones no cítricas del mezclador 1, BCT de versiones cítricas del mezclador 1, BCT para versiones no cítricas del mezclador 2 y BCT de versiones cítricas del mezclador 2. Para cada un de estas variables se grafica un histograma de los resultados obtenidos, además cada gráfico tiene a su derecha la media y la desviación estándar de sus valores. En la Fig. 62 se pueden observar los gráficos históricos de las simulaciones. Cabe destacar que el simulador trabaja leyendo y sobrescribiendo archivos de Excel para no perder las simulaciones realzadas, es decir, si se ejecutan 4 corridas, los resultados se almacenan en una 127

142 hoja de Excel; en caso de que el simulador se detenga, para la próxima simulación los históricos muestran las 4 corridas realizadas anteriormente, leyendo el archivo de Excel donde se guardaron los datos. Fig. 62: Ventana de Tendencias del SDM. Otras variables: En esta ventana el SDM muestra otras variables que éste utiliza para su operación. En esta ventana el operador solo puede ver dichas variables, no puede modificarlas. En la Fig. 63 se puede observar esta ventana. Las primeras variables son los tiempos de mezclado. El usuario puede observar cuanto ha transcurrido de un determinado mezclado. Las variables que se ubican en la parte media izquierda son registros que el sistema utiliza para operar. Los campos de la parte media de la derecha muestran los errores incluidos en las adiciones de las materias primas. Finalmente, los cuatro campos de la parte inferior indican los BCT que transcurren en la simulación. 128

143 Fig. 63: Ventana de Otras variables del SDM. 129

144 CAPÍTULO VI RESULTADOS Y ANÁLISIS 6.1 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LAS SIMULACIONES DEL SISTEMA Con el objetivo de verificar experimentalmente los beneficios que trae consigo el sistema automatizado para la producción de desinfectantes, se simularon 20 batidos por cada tipo de versión para comparar los tiempos de ejecución. Cabe destacar que el alcance del simulador es la etapa de mezclado solamente; las actividades que éste modela no incluyen la transferencia automática del producto ni los tiempos ocasionados por el control microbiológico del agua. El tiempo que transcurre para la adición del colorante se midió con los operadores; se cuantificó el tiempo en que tardan en ir desde la estación de la HMI hasta la mezanine de adición de colorante. Ya los colorantes están prepesados ya que como se mencionó en el capítulo anterior, es una forma de disminuir el tiempo de mezclado. Esta variable fue la que presentó mayor variabilidad en el proceso ya que el operador estaba laborando de forma regular pero debía estar pendiente de la simulación. Esto modela el caso real que se presentaría con la implementación del proyecto. En la Tabla 45 se muestran los 20 tiempos de mezclados obtenidos para las versiones cítricas y no cítricas para cada mezclador. Con estos resultados se presenta un análisis de los mismos para determinar el aumento de capacidad ocasionado por la implementación del sistema de control y supervisión. En la Tabla 46 se pueden observar un resumen de los resultados obtenidos por tipo de versión. Los valores resultantes se obtienen de la pestaña Tendencias del simulador. Como se explicó en el capítulo anterior, en esta página se muestran los histogramas de los resultados obtenidos en las simulaciones de los batidos. En la Fig. 64 y Fig. 65 en la se pueden observar las gráficas de los resultados expuestos en la Tabla 46. Estos resultados se pueden comparar con los estudios de tiempos de la operación actual. En la Tabla 47 se pueden observar estos tiempos. 130

145 Tabla 45: Resultado de las simulaciones para las versiones no cítricas Versiones no cítricas Versiones cítricas Simulación Batch 1 (min.) Batch 2 (min.) Batch 1 (min.) Batch 2 (min.) Media Desviación estándar Tabla 46: Resultados experimentales del BCT en ambos mezcladores Batch 1 2 Versión Media del BCT (min.) Desviación estándar del BCT (min.) No cítrica Cítrica No cítrica Cítrica

146 Fig. 64: Resultados de las simulaciones para las versiones no cítricas. Fig. 65: Resultados de las simulaciones para las versiones no cítricas. Tabla 47: Tiempos de manufactura de limpiadores para ambas versiones Batch 1 2 Versión BCT de las actividades contempladas en el SDM (min.) Tiempo que depende del operador de las actividades contempladas en el SDM (min.) No cítrica Cítrica No cítrica Cítrica Es importante resaltar que a los tiempos originales se le restaron los tiempos de transferencia de producto y del análisis final de la solución, ya que estas actividades no se contemplan en el simulador de la propuesta. Debido a que los resultados son similares para ambos mezcladores, el análisis de capacidad se realiza para uno solo (el mezclador 1), las conclusiones obtenidas son reaplicables para el otro Batch. 132

147 Para las versiones no cítricas el BCT se redujo 41 minutos. Tomando en cuenta que el tiempo total del BCT es de 115 minutos, esto implica una reducción de 36% aproximadamente. Esta disminución del BCT se debe principalmente a que el sistema automatizado permite realizar las actividades que antes ejecutaba el operador, de forma paralela a los tiempos de mezclado (los cuales no son reducibles). En la reducción del BCT también se tomaron en cuenta los análisis de ph que realiza el operador durante el batido, ya que los mismos podrán ser eliminados con el sistema automatizado de producción. Esta disposición se debe a que los márgenes de error manejados con la instrumentación propuesta, garantizan que los resultados estén siempre dentro del estándar. De todos modos se debe crear un sistema de muestreo diario (representativo) de datos para supervisar la correcta operación de estos equipos. Con esta disminución por batido se presenta a continuación un análisis comparativo de un día de producción entre la operación actual y la propuesta. Tabla 48: Estudio comparativo de capacidad para las versiones no cítricas Turno Descripción Actual Sistema SCADA Tiempo disponible para el mezclado (min.) 1 BCT (min.) Batidos realizados 4 6 Tiempo disponible para el mezclado (min.) 2 BCT (min.) Batidos realizados 3 5 Tiempo disponible para el mezclado (min.) 3 BCT (min.) Batidos realizados 3 4 Total Diferencia 6 Diferencia (%) 55% 133

148 Con este resultado queda demostrado que con la implementación del sistema de automatización, la operación tendrá un aumento de capacidad del 55% con respecto al estado actual para las versiones no cítricas. Para las versiones cítricas el BCT se redujo 46 minutos. Tomando en cuenta que el tiempo total del BCT es de 125 minutos, esto implica una reducción de 37% aproximadamente. Esta disminución del BCT se debe principalmente a que el sistema automatizado también permite para las versiones cítricas, realizar las actividades que antes ejecutaba el operador, de forma paralela a los tiempos de mezclado (los cuales no son reducibles). Con esta disminución por batido se presenta a continuación un análisis comparativo de un día de producción entre la operación actual y la propuesta para las versiones cítricas. Tabla 49: Estudio comparativo de capacidad para las versiones no cítricas Turno Descripción Actual Sistema SCADA Tiempo disponible para el mezclado (min.) 1 BCT (min.) Batidos realizados 4 6 Tiempo disponible para el mezclado (min.) 2 BCT (min.) Batidos realizados 3 5 Tiempo disponible para el mezclado (min.) 3 BCT (min.) Batidos realizados 3 4 Total 9 15 Diferencia 5 Diferencia (%) 58% Con este resultado queda demostrado que con la implementación del sistema de automatización, la operación tendrá un aumento de capacidad del 58% con respecto al estado actual para las versiones cítricas. Ambos estudios comparativos implican una producción continua de la versión estudiada, por ejemplo, en el caso de las no cítricas implica que si se produjeran sólo estas versiones el aumento 134

149 de capacidad sería de 55%. Sin embargo, con estos resultados positivos, para ambas versiones, se puede afirmar que con la implementación del sistema, los planificadores de producción contarán con una capacidad de 50% más que con la que cuentan hoy en día. 135

150 CAPÍTULO VII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7. 1 CONCLUSIONES El presente estudio arrojó como resultado una propuesta de diseño de un sistema automatizado para el proceso de manufactura de desinfectantes de Procter & Gamble de Venezuela. Esta propuesta se compone de un diseño en detalle de la instrumentación del proceso y de un diseño básico del sistema de control a implementar. En un comienzo, se esperaba obtener como resultado, además de la propuesta, un simulador del sistema que permitiera comparar el proceso actual con la operación basada en el sistema de control supervisorio. Este objetivo se logró satisfactoriamente. Se presentó un simulador que dispuso una predicción de la operación automática del proceso. La comparación entre estos dos panoramas permite que puedan demostrarse si los puntos establecidos en los objetivos del estudio podrían o no lograrse en un futuro. Estos puntos son los siguientes: 3M$ de ahorros por reducción de pérdidas de materiales. Aumentar la seguridad de los empleados. Aumentar la seguridad del proceso de manufactura y por consiguiente su estabilidad de producción (mayor tiempo entre paradas). Incremento de la capacidad de producción en un 25%. 36M$ de ahorros por mejor aprovechamiento del personal. Los 3M$ de pérdidas de materiales son producto de los errores humanos cometidos a lo largo del año. Con el sistema automatizado modelado, se logra eliminar estas pérdidas casi en su totalidad, ya que el sistema requiere de pocas entradas del operador para ejecutar la producción; además en los casos en que el operador pueda equivocarse, como por ejemplo escogiendo el Bach a utilizar o el tanque de destino, el sistema no permitirá incongruencia alguna con los productos ya elaborados y almacenados para evitar errores humanos. La única forma de que el usuario pueda equivocarse es agregando un colorante que no corresponda a la versión realizada, sin embargo, es importante resaltar que dentro de los 3M$ de pérdidas no entra ninguna cifra por motivo de equivocación de colorante sino de perfume ya que el operador no tiene contacto 136

151 alguno con el material (en cambio con el colorante existe control visual ya que el operador puede ver el color), por lo tanto se puede asumir que estos errores de los colorantes son nulos. El sistema automatizado logra que el personal tenga menos contacto con el proceso (mezcladores, bombas, materiales corrosivos e inflamables) por consiguiente su seguridad aumenta notoriamente. Con los equipos y dispositivos propuestos en el diseño del sistema, la seguridad del proceso aumenta, se evitan paros de producción por numerosos motivos. A continuación se describen varios casos que podrían ocasionar paradas de línea: Ausencia del operador: El hecho de que el proceso basado en el sistema SCADA no dependa el 100% del operador, le permite a éste poder realizar otras actividades que implican su ausencia por un tiempo específico; la ausencia puede deberse a cambio de pipa de materia prima, análisis de laboratorio del batido, daños por contacto con algún material, etc. Errores del operador: Actualmente, cuando existe un error humano en la producción, por ejemplo, cuando se agrega un perfume que no corresponde a la versión que se está elaborando, existe un tiempo de producción perdido. Además, debe realizarse una labor de limpieza del tanque, parando la producción para ese mezclador. Con el sistema SCADA estas pérdidas causadas por paros de limpieza y corrección son eliminadas. Derrames de producto: En la operación actual se presentan derrames de material en los tanques. Estos derrames causan también pérdidas en dinero y en tiempo. En realidad las pérdidas monetarias directas son muchas veces insignificantes, sin embargo, las horas de producción para limpiar el derrame puede llegar a ser hasta de un turno completo. Con el sistema de alarmas el sistema automatizado permite que estos desbordamientos no ocurran, evitando pérdidas en tiempo de producción. El sistema SCADA logra aumentar significativamente el tiempo entre paradas. Esto a su vez aumenta la capacidad de producción de la planta para beneficio del negocio. De esta forma se puede afirmar que con la implementación del sistema se lograrán los primeros tres puntos de los beneficios antes expuestos. 137

152 En el capítulo de resultados y análisis de las simulaciones del sistema se demostró que la capacidad del proceso de manufactura de limpiadores aumentaría en un 50% con respecto a la actual. Esto significa que la empresa pudiera hacer 1.5 veces la cantidad de cajas que se producen hoy en día. Cabe destacar que la demanda actual del mercado permite este aumento de la producción, es decir, si se logra producir 1.5 veces más producto, se vendiera. Esto aumentaría considerablemente las ganancias para la planta de limpiadores. La premisa inicial para el aumento de capacidad fue doblegada, se esperaba un 25% pero se logró un mayor aumento. El último beneficio esperado como resultado del proyecto es disponer del operador del proceso de manufactura de desinfectantes para obtener beneficios económicos en dicha área. Para ello, todas las actividades de la operación tendrían que ser automáticas de tal forma que no se requiera a ninguna persona laborando en esta etapa. Sin embargo, los resultados arrojados indican que permanecerán presentes varias tareas que deben ejecutarse para poder elaborar el producto con el sistema automatizado de producción. Estas actividades son: Indicar versión a realizar. Indicar tanque de mezclado a utilizar. Pesar y agregar colorante. Indicar tanque de almacenamiento donde será enviado el producto. Cambiar pipas de materias primas. Limpiar tanques de mezclado cuando haya un cambio de versión. De esta forma, el proceso de manufactura de limpiadores no podrá liberarse del operador. Esto implica que con la implementación del proyecto no se conseguirán los ahorros previstos por aprovechamiento de personal. Por este motivo, en las recomendaciones del presente trabajo se exponen varias ideas para que con pequeños cambios al sistema se pueda conseguir este objetivo. Además de estos beneficios, se obtuvieron resultados que demuestran que se obtendrían otras ventajas. Éstas se describen a continuación: Ahorro de 1.5M$ de materiales de laboratorio por disminución de los análisis de ph, activo y no iónico. Tiempo liberado de analistas para aprovecharlos en otras áreas. 138

153 Tiempo liberado del operador del proceso de manufactura de limpiadores que se puede aprovechar como soporte en otras áreas. Con los resultados obtenidos, tanto de capital como de beneficios económicos, se realizó un análisis financiero del proyecto para evaluar la factibilidad económica del mismo. Con una inversión de capital de 50M$ la cual incluye la lista de costos del sistema de control, la ingeniería civil requerida para los cambios en la operación y los gastos pre operativos, el proyecto es factible financieramente; la inversión de capital se recupera en menos de un año. Se demostró que el sistema de control supervisorio y adquisición de datos trae consigo numerosos beneficios operacionales, de seguridad, de producción y monetarios; además el análisis financiero elaborado evidencia que la inversión retornará el primer año. Por consiguiente se concluye que este proyecto es positivo para el negocio y debe implementarse cuanto antes para continuar con el crecimiento de la compañía. 139

154 7. 1 RECOMENDACIONES Las recomendaciones principales del presente trabajo se inclinan por lograr disponer del operador del área de manufactura de limpiadores para que se logren beneficios monetarios para la misma. Al no necesitar el operador, éste podrá ser movido a otra área que lo necesite para aumentar la capacidad de la compañía. Como se describió previamente, el sistema seguirá requiriendo del operador para ejecutar la manufactura. No se podrá incluirle nuevas cosas al sistema para lograr que estas actividades sean automáticas debido a que los costos serían muy elevados. Sin embargo, se pueden realizar ciertas cosas para que un operador de otra área pueda ejecutar la operación de ambas áreas. La etapa de manufactura de cloro queda contigua a la de limpiadores, cada una tiene un operador. La principal recomendación es facilitar el trabajo de operación del proceso de manufactura de desinfectantes para que el operador de la manufactura de cloro pueda con ambas operaciones. Esto se puede lograr incluyendo los siguientes puntos: Cambiar la computadora que contiene la HMI por una Tablet PC: Una Tablet PC es una computadora portátil con touchscreen que puede sostenerse del cuello de una persona con una banda ergonómica. De esta forma el operador de cloro puede tener en todo momento la visibilidad de la operación de limpiadores en sus manos, es decir, puede estar operando la manufactura de cloro y a la vez puede ver cuando debe ir a agregar el colorante de la manufactura de desinfectantes (por medio de la Tablet PC). Para lograr esto se debe instalar una red wireless en el área de operación. Adquirir los datos del sistema microbiológico del agua: Se sugiere incluir un sistema de adquisición de datos para el sistema microbiológico de agua. Esto permitirá que el operador de cloro tenga visibilidad de las variables medidas en la etapa de microbiología, cantidad de cloro, ozono y minerales del agua. De esta forma el tiempo invertido en esta primera etapa se reduciría notoriamente permitiendo que ambas áreas, limpiadores y cloro, sean operadas por un solo empleado. 140

155 CAPÍTULO VII BIBLIOGRAFÍA [1] Mehta, D.K., Ryan, R.S.M., Hogerzeil, H., Formulario Modelo de la OMS 2004, Pharma Editores, Barcelona, pp (2004). [2] Keith A. Christman, Calidad Del Agua: Desinfección Efectiva Publicado en: &VID=188&RTID=0&CIDQS=&Taxonomy=&specialSearch=, Consultado el 5/12/06. [3] Autómatas Industriales, SCADA Publicado en: visitada, Consultado el: 12/12/06 [4] Bombas, Publicado en: Consultado el: 12/12/06 [5] Avilla J., Lo esencial acerca del intercambio iónico, Agua Latinoamérica, Volumen 2, Número 3 (mayo/junio 2002). [6] Hidritec, Tratamiento con Ozono, Publicado en Consultado el: 12/12/07 [7] Supervisory Control Publicado el: Consultado el: 12/12/07 [8] Berry B. SCADA Tutorial: A Fast Introduction to SCADA Fundamentals and Implementation Publicado en: Consultado el: 5/12/06 [9] FielBus Fundation, History Publicado en: ns, Consultado el: 12/12/06

156 [10] Profibus & Profinet Internacional, Profibus Publicado en: Consultado el 12/12/06 [11] Modbus IDA, Modbus protocol Publicado en: Consultado el: 12/12/06 [12] Real Time Automation, DeviceNet Introduction, Publicado en: Consultado el: 12/12/06 [13] Autómatas Industriales, Why ControlNet?, Publicado en: Consultado el: 12/12/06 [14] GGH Marketing Communications, The Industrial Ethernet Book, Publicado en: Consultado el: 12/12/06 [15] Hart Communication Fundation, Hart protocol overview, Publicado en: Consultado el 12/12/06 [16] Solé A. Instrumentación Industrial, 6ta edición, Boixareu Editores,

157 GLOSARIO Anión: es un ión (sea átomo o molécula) con carga eléctrica negativa, esto es, con exceso de electrones. AWG: American Wire Gauge son sus siglas en inglés. En español significa Calibre de Cable Americano, es una medida de caracterización de cables para su diferenciación respecto a diámetro, corriente permisible y resistencia. Benchmarking: Técnica utilizada para medir el rendimiento de un sistema, frecuentemente en comparación con algún parámetro de referencia. BCT: Batch Cycle Time son sus siglas en ingles. En español significa Tiempo de Ciclo de Mezclado y es el tiempo que tarda la operación de manufactura de desinfectante en realizar un batido. CAN: Controller Area Networking son sus siglas en inglés. En español significa Red de Controlador de Área, es un estándar de comunicación serial inteligente para establecer comunicación entre los dispositivos de una red. Catión: es un ión (sea átomo o molécula) con carga eléctrica positiva, esto es, con defecto de electrones. CBN: Necesidad Apremiante de Negocio de la compañía. CC: Celdas de carga; son instrumentos que miden el peso que posa sobre ellos. Grit: Medida de acabado de una pieza mecánica. Ion: Una especie química, ya sea un átomo o una molécula, cargada eléctricamente. 143

158 Layout: Perspectiva vertical de una zona. MP: Materias Primas. PLC: Controlador Lógico Programable. PVC: Poly Vinyl Chloride son sus siglas en inglés. En español significa poli cloruro de vinilo y es un polímero termoplástico. Relay: Es un interruptor eléctrico que abre y se cierra de acuerdo al control de otro circuito eléctrico RU: Requerimientos de Usuario. SCADA: Supervisory Control And Data Aquisition son sus siglas en inglés. En español significa Control de Supervisión y Adquisición de Data. SDA: Sistema De Alarmas. SDM: Simulador De Mezclado. Sku: Stock Keeping Unit son sus siglas en inglés. Es un identificador que permite el seguimiento sistemático de los productos y servicios ofrecidos a los clientes Spray Ball: Es una bola de metal o plástico que sirve para rociar un determinado líquido. TA: Tanques de Almacenamiento. TPM: Tanques de Pre Medidas. UVL: Lámpara Ultravioleta. 144

159 APÉNDICE A DIAGRAMAS DE CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN O1-0 O1-1 O1-2 O1-3 O1-4 O1-5 O1-6 O1-7 COM1 GND 1 par #14 AWG COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND SV 001 SV 002 SV 003 SV 004 SV 005 SV 006 O1-08 O1-09 O1-10 O1-11 O1-12 O1-13 O1-14 O1-15 COM1 GND 1 par #14 AWG COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND SV 009 SV 010 SV 011 SV 012 SV 013 SV 014 COIL N GND COIL N GND SV 007 SV 008 COIL N GND COIL N GND SV 015 SV 016 Fig. 66: Diagrama de conexión de las tarjetas de salida digital 1 y 2 del controlador

160 O2-0 O2-1 O2-2 O2-3 O2-4 O2-5 O2-6 O2-7 COM2 GND 1 par #14 AWG COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND SV 017 SV 018 SV 019 SV 020 SV 021 SV 022 O2-08 O2-09 O2-10 O2-11 O2-12 O2-13 O2-14 O2-15 COM2 GND 1 par #14 AWG COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND SV 025 SV 026 SV 027 SV 028 SV 029 SV 030 COIL N GND COIL N GND SV 023 SV 024 COIL N GND COIL N GND SV 031 SV 032 Fig. 67: Diagrama de conexión de las tarjetas de salida digital 3 y 4 del controlador 146

161 COIL N GND SV 033 O3-0 O3-1 O3-2 O3-3 O3-4 O3-5 O3-6 O3-7 COM3 GND O4-0 O4-1 COM4 1 par #14 AWG 1 par #14 AWG COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND SV 034 SV 035 SV 036 SV 037 SV 038 SV 039 SV 040 SV 051 O3-08 O3-09 O3-10 O3-11 O3-12 O3-13 O3-14 O3-15 COM3 GND 1 par #14 AWG COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND COIL N GND SV 043 SV 044 SV 045 SV 046 SV 047 SV 048 SV 049 SV 050 GND COIL N GND SV 052 Fig. 68: Diagrama de conexión de la tarjeta de salida digital 5 del controlador 147

162 1 par #14 AWG Terminal de pesado 120VAC P-GND P-AC Output panel WT par #22 AWG EXC+ SIG+ SIG- EXC- GND DO 1 par #22 AWG JB1 P-EXC+ P-SEN+ P-SIG+ P-EXC- P-SEN- P-SIG- DO P-GND Conector Load Cell - 1 EXC+ WT 041 SIG+ SIG- EXC- GND DO JB2 P-EXC+ P-SEN+ P-SIG+ P-EXC- P-SEN- P-SIG- DO P-GND Conector Load Cell par #22 AWG Output panel P-O GND I1-2 COM Fig. 69: Diagrama de conexión de las celdas de carga del Batch

163 1 par #14 AWG Terminal de pesado 120VAC P-GND P-AC Output panel WT par #22 AWG EXC+ SIG+ SIG- EXC- GND DO 1 par #22 AWG JB3 P-EXC+ P-SEN+ P-SIG+ P-EXC- P-SEN- P-SIG- DO P-GND Conector Load Cell - 1 EXC+ WT 042 SIG+ SIG- EXC- GND DO JB4 P-EXC+ P-SEN+ P-SIG+ P-EXC- P-SEN- P-SIG- DO P-GND Conector Load Cell par #22 AWG Output panel P-O GND I1-3 COM Fig. 70: Diagrama de conexión de las celdas de carga del Batch 2 149

164 120VAC GND 1 par #14 AWG FT 039 PE NEUT. 120VAC 1 par #22 AWG FT 039 Special coil cable T-P31 T-P32 DO I1-0 COM S-P82 T-P82 S-P0 DO S-P83 T-P0 DO T-P83 Special electrode cable S-P85 T-P85 S-P86 DO T-P86 DO S-SHIELD DO Sensor Transmisor Fig. 71: Diagrama de conexión del medidor de flujo del Batch

165 120VAC GND 1 par #14 AWG FT 040 PE NEUT. 120VAC 1 par #22 AWG FT 040 Special coil cable T-P31 T-P32 DO I1-1 COM S-P82 T-P82 S-P0 DO S-P83 T-P0 DO T-P83 Special electrode cable S-P85 T-P85 S-P86 DO T-P86 DO S-SHIELD DO Sensor Transmisor Fig. 72: Diagrama de conexión del medidor de flujo del Batch

166 APÉNDICE B Tabla 50: Requerimientos del usuario para versiones no cítricas Paso 1: Selección de Receta TOQUE # 1 En la pantalla principal aparecerá las 7 versiones que pueden realizarse y una opción para agregar una receta nueva. El operador deberá escoger entre las siguientes opciones. 1) Lavanda 2) Floral 3) Ola de limpieza 4) Ternura 5) Limón 6) Naranja 7) Toronja-Mandarina 8) Nueva receta Paso 2: Verificación de selección y comienzo de la operación TOQUE # 2 Si el operador escogió alguna de las primeras 7 opciones aparecerá una nueva pantalla preguntándole al operador cuál tanque de mezclado (Batch) va a utilizar. Las opciones son las siguientes: 1) Batch 1 2) Batch 2 Después de la selección el operador deberá pulsar el botón de GO para comenzar el proceso. Después de escoger y pulsar GO, el sistema debe verificar que el batch seleccionado no se esté utilizando, de lo contrario, éste deberá indicarle al operador que no puede escoger ese mezclador ya que está siendo utilizado en este momento. Si no se está utilizando el proceso comenzará a ejecutarse. Si el operador escogió Nueva Receta aparecerá en la pantalla un formato para indicar las cantidades de la receta y el orden de adición de las materias primas. Posteriormente, esta nueva receta deberá aparecer en la pantalla principal como una opción. 152

167 Paso 3A: Verificación de versión Se debe verificar que tipo de versión se escogió, cítrica o no cítrica. Las versiones cítricas son: Limón, Naranja y Toronja Mandarina. Las versiones no cítricas son el resto. Paso 3B: Eliminación de ozono del agua Se llevarán a cabo los siguientes pasos: 1) Se enciende la lámpara ultravioleta. 2) Se espera 5min. 3) Se apaga la lámpara ultravioleta. 4) Se enciende un bit (OZ = TRUE) indicando que este proceso culminó. Paso 4A: Comprobar que se terminó el proceso de la lámpara UVSi OZ = TRUE continúa el proceso, de lo contrario se debe repetir el paso 5. SI LA VERSIÓN ES NO CÍTRICA Paso 4B: Realizar el prepesado 1 Si la bomba de la materia prima 1 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. 2) Encender bomba de la materia prima 1. 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si la bomba de la materia prima 1 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Paso 5A: Se vierte el agua en el Batch indicado. Se llevan a cabo los siguientes pasos: 1) Abrir válvula de agua del Batch indicado 2) Esperar a que el medidor de flujo haya medido el 100% del agua total de la receta. 3) Cerrar válvula de agua del batch indicado Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 1: 1) Cerrar válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 1: 1) Cerrar válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 1: 1) Cerrar válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 1: 1) Cerrar válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Paso 6A: Encender el mezclador. Paso 7A: Verificar que el prepesado 1 está listo Si PRE_1 = TRUE el proceso continúa, Si PRE_1 = FALSE se repite este paso. Paso 5B: Indicar que el prepesado 1 está listo Se activa una variable (PRE_1 = TRUE) para indicar que el prepesado 1 está listo para vaciarse. Paso 6B: Verificar que el prepesado 1 se descargó completamente Si PRE_1_EMPTY = TRUE continúa el proceso, de lo contrario se debe repetir el paso 6B. 153

168 Paso 8A: Descargar el prepesado 1 Se llevan a cabo los siguientes pasos: 1) Abrir válvula de prepesado. 2) Esperar a que la celda de carga marque su estado inicial. 3) Cerrar válvula de prepesado. 4) Se activa una variable (PRE_1_EMPTY = TRUE) para indicar que el prepesado se descargó. Paso 7B: Realizar el prepesado 2. Si la bomba de la materia prima 2 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. 2) Encender bomba de la materia prima 2. 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si la bomba de la materia prima 2 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Paso 9A: Esperar 45 minutos de mezclado. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 2: 1) Cerrar válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 2: 1) Cerrar válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 2: 1) Cerrar válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 2: 1) Cerrar válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Paso 10A: Verificar que el prepesado 2 está listo Si PRE_2 = TRUE el proceso continúa, Si PRE_1 = FALSE se repite este paso. Si la bomba de la materia prima 3 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. 2) Encender bomba de la materia prima 3. 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si la bomba de la materia prima 3 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. 154

169 Paso 11A: Descargar el prepesado 2 Se llevan a cabo los siguientes pasos: 1) Abrir válvula de prepesado. 2) Esperar a que la celda de carga marque su estado inicial. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 3: 1) Cerrar válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 3: 1) Cerrar válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 3: 1) Cerrar válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 3: 1) Cerrar válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Si la bomba de la materia prima 4 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado 2) Encender bomba de la materia prima 4 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria Si la bomba de la materia prima 4 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria Paso 12A: Limpiar el tanque Se deben realizar los siguientes pasos: 1) Activar la spray ball 2) Esperar 30 seg. 3) Apagar la spray ball 4) Cerrar válvula de prepesado Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 4: 1) Cerrar válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 4: 1) Cerrar válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 4: 1) Cerrar válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 4: 1) Cerrar válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba Paso 13A: Esperar 10min Si la bomba de la materia prima 5 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado 2) Encender bomba de la materia prima 5 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria Si la bomba de la materia prima 5 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria 155

170 Paso 14A: Indicar que el batido está listo. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 5: 1) Cerrar válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 5: 1) Cerrar válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 5: 1) Cerrar válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 5: 1) Cerrar válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba Paso 15A: Aparece nueva pantalla pidiéndole al usuario a cuál tanque de patio será transferido el producto. Si la bomba de la materia prima 6 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. 2) Encender bomba de la materia prima 6. 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si la bomba de la materia prima 6 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Paso 16A: Transferir producto. Para ello se debe realizar los siguientes pasos: 1) Abrir válvula de salida del Batch. 2) Abrir válvula de entrada del tanque de patio. 3) Encender la bomba de transferencia. 4) Esperar a que el nivel del tanque de patio aumente en la misma proporción que el volumen del batido. 5) Apagar la bomba. 6) Cerrar las válvulas de salida del Batch y de entrada del tanque de almacenamiento. END Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 6: 1) Cerrar válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 6: 1) Cerrar válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 6: 1) Cerrar válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 6: 1) Cerrar válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Paso 8B: Indicar que el prepesado 2 está listo Se activa una variable (PRE_2= TRUE) para indicar que el prepesado 2 está listo para vaciarse. Paso 9B: Verificar que el prepesado 2 se descargó completamente Si PRE_2_EMPTY = TRUE continúa el proceso, de lo contrario se debe repetir el paso 9B. 156

171 Tabla 51: Requerimientos del usuario para versiones cítricas Paso 4A: Comprobar que se terminó el proceso de la lámpara UV Si OZ = TRUE continúa el proceso, de lo contrario se debe repetir el paso 5. SI LA VERSIÓN ES CÍTRICA Paso 4B: Realizar el prepesado 1 Si la bomba de la materia prima 1 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. 2) Encender bomba de la materia prima 1. 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado maque la cantidad necesaria. Si la bomba de la materia prima 1 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Paso 5A: Se vierte el agua en el Batch indicado. Se llevan a cabo los siguientes pasos: 1) Abrir válvula de agua del Batch indicado. 2) Esperar a que el medidor de flujo haya medido el 10% del agua total de la receta. 3) Cerrar válvula de agua del batch indicado. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 1: 1) Cerrar válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 1: 1) Cerrar válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 1: 1) Cerrar válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 1: 1) Cerrar válvula de la materia prima 1 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Paso 6A: Encender el mezclador Si la bomba de la materia prima 2 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. 2) Encender bomba de la materia prima 2. 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si la bomba de la materia prima 2 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. 157

172 Paso 7A: Verificar que el prepesado 1 está listo Si PRE_1 = TRUE el proceso continúa, Si PRE_1 = FALSE se repite este paso. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 2: 1) Cerrar válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 2: 1) Cerrar válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 2: 1) Cerrar válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 2: 1) Cerrar válvula de la materia prima 2 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Paso 8A: Descargar el prepesado 1 Se llevan a cabo los siguientes pasos: 1) Abrir válvula de prepesado. 2) Esperar a que la celda de carga marque su estado inicial. 3) Cerrar válvula de prepesado. 4) Se activa una variable (PRE_1_EMPTY = TRUE) para indicar que el prepesado se descargó. Paso 9A: Esperar 10 minutos de mezclado. Paso 10A: Se vierte el agua restante en el Batch indicado Si la bomba de la materia prima 3 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. 2) Encender bomba de la materia prima 3 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 3: 1) Cerrar válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 3: 1) Cerrar válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba Si la bomba de la materia prima 3 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 3: 1) Cerrar válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 3: 1) Cerrar válvula de la materia prima 3 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba Paso 5B: Indicar que el prepesado 1 está listo Se activa una variable (PRE_1 = TRUE) para indicar que el prepesado 1 está listo para vaciarse. Paso 6B: Verificar que el prepesado 1 se descargó completamente Si PRE_1_EMPTY = TRUE continúa el proceso, de lo contrario se debe repetir el paso 6B. Se llevan a cabo los siguientes pasos: 1) Abrir válvula de agua del Batch indicado. 2) Esperar a que el medidor de flujo haya medido 90% del agua total de la receta. 3) Cerrar válvula de agua del batch indicado. Paso 9A: Esperar 45 minutos de mezclado. Paso 7B: Realizar el prepesado

173 Paso 10A: Verificar que el prepesado 2 está listo Si PRE_2 = TRUE el proceso continúa, Si PRE_1 = FALSE se repite este paso. Si la bomba de la materia prima 4 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. 2) Encender bomba de la materia prima 4 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si la bomba de la materia prima 4 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Paso 11A: Descargar el prepesado 2 Se llevan a cabo los siguientes pasos: 1) Abrir válvula de prepesado. 2) Esperar a que la celda de carga marque su estado inicial. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 4: 1) Cerrar válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 4: 1) Cerrar válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 4: 1) Cerrar válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 4: 1) Cerrar válvula de la materia prima 4 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Paso 12A: Limpiar el tanque Se deben realizar los siguientes pasos: 1) Activar la spray ball. 2) Esperar 30 seg. 3) Apagar la spray ball. 4) Cerrar válvula de prepesado. Si la bomba de la materia prima 5 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. 2) Encender bomba de la materia prima 5 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si la bomba de la materia prima 5 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Paso 13A: Esperar 10min. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 5: 1) Cerrar válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 5: 1) Cerrar válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 5: 1) Cerrar válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 5: 1) Cerrar válvula de la materia prima 5 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. 159

174 Paso 14A: Indicar que el batido está listo. Si la bomba de la materia prima 6 está apagada: 1) Abrir válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado 2) Encender bomba de la materia prima 6 3) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Si la bomba de la materia prima 6 está encendida: 1) Abrir válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado 2) Esperar a que la celda de carga del prepesado marque la cantidad necesaria. Paso 15A: Aparece nueva pantalla pidiéndole al usuario a cuál tanque de patio será transferido el producto. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 6: 1) Cerrar válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 6: 1) Cerrar válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Si el otro prepesado está usando la bomba de la materia prima 6: 1) Cerrar válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. Si el otro prepesado no está usando la bomba de la materia prima 6: 1) Cerrar válvula de la materia prima 6 para el prepesado del Batch indicado. 2) Apagar la bomba. Paso 16A: Transferir producto. Para ello se debe realizar los siguientes pasos: 1) Abrir válvula de salida del Batch. 2) Abrir válvula de entrada del tanque de patio. 3) Encender la bomba de transferencia. 4) Esperar a que el nivel del tanque de patio aumente en la misma proporcion que el volumen del batido. 5) Apagar la bomba. 6) Cerrar las válvulas de salida del Batch y de entrada del tanque de almacenamiento. END Paso 8B: Indicar que el prepesado 2 está listo Se activa una variable (PRE_2= TRUE) para indicar que el prepesado 2 está listo para vaciarse. Paso 9B: Verificar que el prepesado 2 se descargó completamente Si PRE_2_EMPTY = TRUE continúa el proceso, de lo contrario se debe repetir el paso 9B. 160

175 APÉNDICE C Normas de calidad para los materiales de manufactura 1. Las pequeñas cantidades de materias primas deben ser distribuidas en contenedores limpios, secos, bien identificados. 2. Donde se use sistemas de control automatizados, este etiquetaje de estado puede ser electrónico. 3. La adición de todos los materiales y premezclas debe ser registrada sobre la documentación de proceso. 4. Todas las adiciones o ajustes a una formulación deben contemplar materiales catalogados sobre el documento de formulación maestro. 5. Todos los materiales distribuidos deben ser manejados para asegurar el uso en el turno siguiente. Mantenido juntos y visiblemente etiquetados por el número de turno requerido. 6. Todos los componentes que estén en contacto directo con el producto deben ser de carácter sanitario. Para ello, los materiales mecánicos como tuberías, conexiones, tanques, rociadores, tapones, entre otros, deben cumplir las normas de sanidad ASTMA A316L.

176 Normas de calidad para el diseño de creación o modificación de procesos 1. Un estándar debe ser creado para los equipos a implementar en los procesos de manufactura, en donde se detallen los materiales esperados en las construcciones y las especificaciones de diseño requeridas para dichos equipos. 2. Todas las superficies de equipos que entran en el contacto con el producto deben ser construidas de los materiales que no son reactivos o aditivos al producto. 3. Donde se requiera lavado de tanques, deberá ser documentado, aprobado, y repetido como necesario para asegurar la integridad de producto. 4. En caso de instalar paneles, estantes, cajas de conexiones, cajas de almacenamiento de equipos eléctricos, o cualquier otro de este tipo, éstos deben cumplir con el estándar NEMA 4X de los estándares NEMA. 162

177 Normas de calidad para la toma de muestras, medidas o datos en los procesos 1. La toma de muestras, mediciones y datos, deben ser estrictamente utilizados para mejoras de la operación y el proceso. 2. El sistema de muestreo, toma de mediciones o datos, no debe inhibir la preedición de dichas mediciones. Normas de calidad presentes en el diseño de sistemas de control 1. Las exigencias de diseño son establecidas basadas en el diseño de producto, necesidades de consumidor, y exigencias de producción. 2. Estas exigencias de diseño son documentadas y aprobadas por el equipo multifuncional de cada departamento. 3. Los instrumentos de análisis de datos son aplicados donde sea apropiado (ej. árboles de decisión, histogramas, informes de sumario de proceso). 4. Las instrucciones para hacer un proceso continuo deben especificar ajustes para todos los parámetros de proceso críticos a la calidad de producto. 5. Todos los cambios para controlar la estrategia que afecta exigencias de calidad de producto son repasados y aprobados por el personal calificado, después de un procedimiento escrito. 163

178 APÉNDICE D Normas generales de seguridad A. Venga a trabajar apropiadamente vestido para prevenir lesiones: A.1. Retírese todas las joyas (relojes, anillos, cadenas, esclavas y otros) que porte, antes de entrar a las áreas de operación de la planta. A.2. Si tiene el cabello largo más abajo del cuello, recójalo antes de entrar a las áreas de operación de la planta. Este puede ser atrapado por equipos en movimiento y causarle lesiones. A.3. Use zapatos de seguridad aprobados para entrar a las áreas de operación de la planta, a menos que se dirija solo a Oficinas Generales, Entrenamiento o realice un recorrido dirigido por la planta. Si es así, manténgase siempre en el grupo y dentro de las zonas permitidas para este tipo de visitas. Exclusivamente solo visitas dirigidas (proveedores, entes gubernamentales), podrán entrar sin equipos de protección personal, pero solo por las caminarías indicadas en la planta según plano establecido para tal fin. Todo personal que entre a cualquier área de operación y que permanezca fuera de la zona de visitas dirigidas debe portar su equipo de protección personal. A.4. No use ropa suelta dentro de las áreas de operación de la planta. Si usa corbata, métala por dentro de la camisa. Si usa mangas largas enróllelas o abróchelas bien a la muñeca. Mantenga siempre la camisa o franela por dentro del pantalón, manteniendo la corbata y cordones porta objetos guardados mientras esté en las áreas de operación. A.5. No se permite el usar pantalones cortos, franelillas o guardacamisas sin mangas dentro de las áreas de operación de la planta. La ropa que use tendrá que proveer suficiente cobertura al cuerpo para minimizar riesgos o quemaduras. A.6. El uso de gorras, sombreros o cualquier prenda de uso similar está prohibido mientras esté en las áreas de operación, esto debido a que se puede reducir la visión en algunos trabajos y pudiese caer teniendo el impulso de recogerlo y cometer un acto inseguro. A.7. No se permite el uso de reproductores de música de cualquier tipo (Walkman, Ipod, celulares, MP3 y MP4 en las áreas de operación). 164

179 A.8. En toda la planta, solo podrá usar un solo auricular para uso del teléfono celular. A.9. No se permite el uso de barba en las operaciones donde esté involucrado el polvo enzimático, desde su recepción, almacenamiento, manejo y operación hasta el producto terminado, a menos de que porte su equipo adecuado. A.10. No se permite el uso de celulares mientras esté en áreas de operación realizando tareas de inspección, ajuste y/o trascripción que necesiten el uso de sus facultades (mentales, visuales y motrices), a menos que deje de hacer el trabajo en cuestión. Ejemplo: Manejo de montacargas, control de peso, ajuste y operación de máquinas, etc. B. Siga los procedimientos de transito dentro de la planta tales como: B.1. El uso de pasillos marcados para peatones. B.2. Saber que ni los vehículos ni los peatones tienen derecho al paso. B.3. Siga los procedimientos descritos en la práctica de seguridad titulada Manejo de Montacargas cuando este operando este vehículo. B.4. Camine no corra. B.5. Camine o maneje solamente cuando este entrenado para ello y posea la autorización respectiva. B.6. Opere vehículos solamente cuando este entrenado para ello, y posea la autorización respectiva. B.7. Obedezca las señales de precaución. B.8. Mantenga una velocidad máxima de 15 KPH, cuando maneje un vehículo dentro de la planta. C. Prevenga la ocurrencia de incendios mediante: C.1. Fumar solo en áreas autorizadas para ello (Jardín frente a recepción y estacionamiento frente a la alcabala de romana). C.2. Almacene pintura, solvente y demás materiales inflamables solo en los sitios acondicionados y permitidos (Al lado del tanque de agua potable). 165

180 C.3. Siguiendo los procedimientos establecidos para realizar trabajos de soldadura, cortes, calentamiento, etc. D. En caso de emergencia (fuegos, lesiones, terremotos, etc): D.1. Comunique inmediatamente cualquier fuego o emergencia potencial usando el sistema de altavoces. D.2. No intente apagar un fuego usted solo, siga las instrucciones del supervisor o de los miembros de la Brigada contra incendio. D.3. Siga los procedimientos establecidos para realizar trabajos de soldadura, corte, calentamiento, etc. E. En áreas designadas para trabajos específicos use el equipo de protección necesaria, tales como: E.1. Protección ocular apropiada para entrar al laboratorio, taller mecánico, planta de líquidos o realizar trabajos donde existan potencial de lesiones a los ojos. E.2. Tenga a mano el respirador personal adecuado al pasar a las áreas de operación. F. Practique buen orden y limpieza mediante: F.1 Limpiar inmediatamente derrames de agua, aceite o cualquier otro material, que pueda ocasionar resbalones, si la limpieza inmediata no es posible, coloque avisos de precaución o acordone el área. F.2. Mantener el área de circulación libre de objetos que puedan ocasionar caídas. F.3 Guardando las cosas en su lugar apropiado. F.4. Manteniendo vías de evacuación, equipos para el combate de incendios, duchas de emergencias y fuentes lavaojos fácilmente accesible (despejadas y libres de obstrucción). F.5. Limpiar inmediatamente derrames de polvo usando su respirador adecuado. G. Siga los procedimientos de seguridad para operar equipos mediante: G.1. Mantener manos y piernas fuera de equipos en movimiento. G.2. Operar solo los equipos en los cuales ha sido entrenado. G.3. Manteniendo todas las guardas en sus lugares apropiados 166

181 G.4. Desconecte cualquier equipo de acuerdo al procedimiento establecido, antes de colocarse usted en una posición donde podría ser lesionado si el equipo arranca. H. Trabaje con herramientas, prevenga lesiones mediante: H.1. El uso de las herramientas apropiadas y solo en el trabajo para las cuales fueron diseñadas. H.2. Manteniendo cuchillos o cualquier herramienta filosa en cartucheras cuando no están en uso. H.3. Usando solo herramientas eléctricas y extensiones que tengan etiquetas de inspección actualizada. I. Cuando necesite mover o transportar objetos, siga los procedimientos apropiados de manejo de materiales tales como: I.1 Al levantar objetos, mantenga la espalda recta, doble las rodillas, coloque el objeto a levantar tan cerca del cuerpo como pueda y levante utilizando la fuerza de sus piernas. I.2. Usando solo grúas o polipasto aprobados para usar mediante la etiqueta de inspecciones actualizadas. I.3. Empuje aplicando buenas prácticas de ergonomía. J. Cuando se realicen trabajos en lugares elevados, prevenga lesiones mediante: J.1. Usar Arnés de cuerpo completo y eslinga o equivalentes cuando trabaje en lugares por encima de 1.2 metros desde el nivel del piso y que no posean barandas de protección. J.2. Usar solo escaleras para subirse o bajarse de lugares elevados. J.3. Usar solo escalera que estén aprobadas para usar, mediante la etiqueta actualizada de inspección. J.4. Probar las escaleras que use sobre superficies duras tales como piso de cemento o similar a su defecto utilice tablones para apoyarlas y amarrarlas en un sitio fijo. J.5. Mantenga los materiales y herramientas amarrados en sitios donde no exista riesgo que se caigan y causen lesiones. J.6. Use cuerdas, cubo u otro receptáculo apropiado para trasladar objetos o herramientas a lugares más elevados o más bajos. 167

182 J.7. Coloque los avisos que indique que esta realizando trabajos en altura, cuando estos se realizan sobre áreas de circulación. L. Practique su responsabilidad individual hacia la seguridad, mediante: L.1. Corregir y reportar todos los actos y condiciones inseguras que observe. L.2. Reportar al supervisor inmediato cualquier lesión que ocurra, por muy pequeña que sea. L.3. Asegúrese de que conoce las prácticas de seguridad especiales en otras áreas, antes de comenzar a trabajar en ellas. L.4. Usar solo equipos de seguridad aprobados. L.5. Preguntar siempre que no entienda y conozca la forma correcta de realizar algún trabajo. Además de las normas generales de seguridad, también fueron aplicadas las normas de seguridad eléctrica y las normas de operación con equipos neumáticos de la planta debido a que durante el desarrollo del presente estudio se estuvo en contacto continuo con equipos eléctricos y neumáticos. Estas normas se presentan a continuación: Normas de seguridad eléctrica 1. Considere que todos los circuitos llevan corriente y que son potencialmente peligrosos hasta que se haya comprobado que están des energizados. 2. Nunca repare ningún equipo mientras esté energizado a menos que sea estrictamente necesario. Para realizar este trabajo debe estar debidamente calificado. 3. La reparación y/o reemplazo de componentes eléctricos debe hacerse cuando estén des energizados. Sólo el personal certificado en Alto Voltaje tiene el nivel de entrenamiento y la experiencia para juzgar el momento en que es razonable trabajar en equipos energizados. 4. No trabaje en una maquinaria mientras esté en movimiento. Siga el procedimiento de desconexión. Antes de arrancar un equipo advierta a todas las personas en la cercanía. 168

183 5. Las faenas de orden y limpieza no deben ejecutarse en la cercanía de partes eléctricas energizadas, a menos que se tomen las medidas de precaución adecuadas. Las prácticas de trabajo deberán incluir medidas que impidan que los empleados entren en contacto directo con partes energizadas o contacto indirecto a través de materiales, equipos o herramientas conductoras. Mantenga alejada el agua de los equipos eléctricos. 6. No abra tableros eléctricos a menos que este calificado para ello. Normas de seguridad para operar equipos neumáticos 1. Use mono lentes cuando trabaje en sistemas de aire comprimido. 2. Nunca use mangueras de aire para limpiar equipos en la planta, ya que el aire a presión volatiliza el polvo enzimático en el ambiente, lo cual crea un alto riesgo de inhalar éste, aun después de varios días de haber ejecutado la limpieza. 3. Bajo ninguna circunstancia use aire comprimido para limpieza personal, aún cuando la presión sea menor de 30 PSI. Podrían ocurrir las siguientes lesiones: 4. Puede romperse el tímpano del oído. 5. Pueden clavarse partículas en su piel u ojos. 6. Puede inyectarse aire en su torrente sanguíneo causándole un bloqueo al corazón que sería fatal. 169

184 APÉNDICE E MEJORA DEL SISTEMA DE SEGUIMIENTO DE PROYECTOS DE ANÁLISIS DE PÉRDIDAS DE UNA PLANTA DE DETERGENTES El crecimiento continuo de los mercados globales ha obligado a que las empresas sean cada vez más competitivas para surgir, inclusive, en muchos casos para sobrevivir. Además los consumidores son cada vez más exigentes, piden un mejor producto a un menor precio. Esto ha ocasionado que todas las actividades que manejen o tengan valor monetario - como adquisiciones, ventas, inversiones, nómina de empleados, capital, costo del producto, procesos, energía, entre otros - sean más estrictas, buscando siempre la mayor eficiencia en los negocios. No debería ser razón el hecho de que aumente la competencia y que el mercado cada día es más duro para que las actividades (antes mencionadas) de las empresas sean más eficientes, pero entre tantos procesos las operaciones ineficientes que traen impactos económicos, siempre están presentes; por lo tanto, lo que sí tiene lógica es que a pesar del esfuerzo, siempre hay cabida para que las empresas más disciplinadas, creativas y bien dirigidas, logren disminuir estos procesos ineficientes lo más que se pueda, concentrándose en llegar a cero, estando en ventaja con respecto al resto. Estas ineficiencias que existen son llamadas pérdidas, ya que hacen perder dinero a la compañía innecesariamente con respecto a un estado ideal. Por lo tanto, el hecho de que una empresa logre aumentar la cantidad de pérdidas en sus procesos - aumentando la eficiencia - sobre el resto de las corporaciones, aumenta el potencial de posicionarse en un nivel más competitivo en el mercado. Las plantas manufactureras también entran dentro de esta búsqueda del trabajo eficiente; incluso la efectividad de una planta se mide por que tan bien maneja sus recursos, personal y procesos. Por lo tanto debe existir una metodología que permita a las corporaciones maximizar su efectividad. Las actividades que impidan que un determinado proceso o recurso sea aprovechado al cien por ciento entran en las llamadas pérdidas. De este modo, las plantas deben estar enfocadas a lograr cero pérdidas en sus procesos, para así ser más competitivas en el mercado. La mejor manera para desarrollar una eliminación sistemática de las pérdidas de una planta es analizando cuales son las entradas a los procesos en términos de recursos, personal y procedimientos, identificando aquellas que no se convierten directamente en una salida del proceso sino que son desaprovechadas. A partir de aquí se formulan planes de acción para 170

185 eliminar las pérdidas identificadas. Este proceso de identificación de las pérdidas se conoce como análisis de pérdidas, o en inglés loss analysis. Ahora bien, supongamos el caso de dos empresas que cuentan con la misma cantidad de ahorros (en dinero) identificados, es decir, saben donde se puede aumentar la efectividad de la corporación: qué empresa será más competitiva? Cuál es la diferencia entre ambas si pueden conseguir la misma cantidad de ahorros? La repuesta está en la empresa que realice un mejor seguimiento a los proyectos de reducción de pérdidas; de este modo, al final de la jornada, a pesar de que las dos empresas comenzaron con un potencial de ahorro identificado (sólo identificado más no ejecutado), la empresa más competitiva terminará con más ahorros conseguidos. El presente trabajo se desarrolló en la planta de detergentes de Procter & Gamble de Venezuela, ubicada en la ciudad de Barquisimeto del estado Lara. Dicha planta a inicios de cada año fiscal se plantea sus objetivos, entre ellos, los de loss analysis; es decir, se define una meta en dinero que significa los ahorros que se deben lograr para ese año. El presente trabajo muestra el procedimiento de seguimiento del portafolio de proyectos de ahorros y el desarrollo de un nuevo sistema de seguimiento de proyectos de loss analysis; todos los puntos unidos para un mismo objetivo, lograr la meta de ahorros para el año fiscal. Todas estas actividades son ejecutadas en la planta, dentro de un marco laboral definido, ejerciendo un cargo de trabajo temporal en el departamento de finanzas, realizando otras actividades relevantes al departamento y al proyecto. 171

186 FUNDAMENTOS TEÓRICOS LOSS ANALYSIS El loss analysis, en español análisis de pérdidas, es una metodología sistemática para disminuir las pérdidas de una empresa. Pérdida Una pérdida es toda aquella actividad que impida que un proceso sea eficiente, como por ejemplo la repetición de trabajos, los procesos no efectivos, la duplicación de tareas, los desperdicios, las paradas no planeadas de la operación, el exceso de inventario, las moras, entre muchas otras más. En conclusión, las pérdidas no agregan valor al producto sino un sobre costo. Este sobre costo se mide en referencia a un estado ideal; éste debe ser definido y descrito por cada proceso, equipos de trabajos y departamentos. De este modo se pueden identificar las pérdidas en cada uno. Las pérdidas se dividen en dos tipos. A continuación se describe cada uno. Pérdidas esporádicas Ocurren puntualmente en el tiempo cuando se presenta una falla. Trabajando preventivamente, el tiempo entre falla y falla puede ser alargado o definitivamente se pueden tomar acciones antes de que se presente. Pueden presentarse también en inventarios de materia prima y/o producto terminado, por ejemplo, cuando un proveedor falla en el suministro o por causas naturales (lluvia) existen moras de transporte. Pérdidas crónicas Están presentes todo el tiempo, para eliminarlas hay que identificar y eliminar las causas que las provocan. Normalmente estas causas pueden ser diferentes o estar combinadas con otras, es por esto que son mas difíciles de eliminar. En la Fig. 73 se puede observar gráficamente los dos tipos de pérdidas. 172

187 Fig. 73: Gráfico con pérdida esporádica y crónica. Fuentes de pérdidas A su vez estos dos tipos de pérdidas se pueden dividir en 4 fuentes de pérdidas: Equipos, personal, materiales y otros. A continuación se presenta una descripción detallada de cada uno. Equipos Debido a la demanda del mercado, la planta debe operar un tiempo específico, éste es usualmente más largo que el ideal debido a que existen pérdidas en la operación que no le permiten producir el 100% del tiempo. Estas pérdidas se pueden dividir en 8 tipos: 1.- Pérdidas por paros programados. 2.- Pérdidas por ajustes de producción. 3.- Pérdidas por fallas (averías) en los equipos. 4.- Pérdidas por fallas en el proceso. 5.- Otros paros del equipo. 6.- Pérdidas normales de producción. 7.- Pérdidas anormales de producción. 8.- Pérdidas por calidad y reproceso. 9.- Precio de adquisición e implementación de equipos. 173

188 Pérdidas por paros programados Son aquellas pérdidas causadas porque la producción es detenida de forma planeada y conciente para llevar a cabo actividades específicas como mantenimientos, paros para limpieza e inspección, llevar a cabo mejoras, paros por seguridad de procesos, inspecciones, entre otros. Estos paros deben estar contemplados dentro del programa de producción y aunque son necesarios, es importante para mejorar la eficiencia el que sean aprovechados al máximo y llevados a cabo en el menor tiempo posible. Pérdidas por ajustes de producción Son pérdidas causadas por la necesidad de detener la producción debido a que la demanda de los productos fue menor de la pronosticada en el momento en que se hizo la planificación de la producción. Esto ocurre debido a cambios no esperados en la demanda de los productos; es de esperarse que se tenga que parar la producción, ya que el manufacturar cuando no se está vendiendo el producto, provoca inventario adiciona asociado a un sobre costo. Pérdidas por fallas (averías) en los equipos Son aquellas pérdidas causadas cuando el equipo pierde su capacidad para producir normalmente. Son provocadas porque una parte del equipo tiene un problema que impide que siga operando y es necesario restaurar la operación. Por su impacto en la operación se clasifican en 2 tipos, averías y paros menores: Averías: Las averías requieren que se reemplacen piezas que fueron dañadas y pueden ser menores o mayores de acuerdo al tiempo del paro de la línea. Paros Menores: Estas pérdidas son causadas por paros momentáneos, no requieren que se reemplace ninguna pieza pero sí el reestablecer la operación, normalmente son causadas por atascos y la forma de reestablecer la operación es retirando la pieza o material atrapado; otra 174

189 causa de estas pérdidas puede ser por ajustes de calidad. Ocurren cuando se detiene el proceso para ajustar equipos que ocasionen variaciones de calidad en el producto terminado. Pérdidas por fallas en el proceso Son aquellas pérdidas causadas cuando el proceso de fabricación se enfrenta a un problema en la operación que lo imposibilita para producir normalmente. Estas pérdidas se diferencian de las causadas por fallas o averías en que no suceden por los equipos sino a condiciones del proceso, como variaciones en las especificaciones de las materiales primas, errores operacionales o por derrames de materiales, etc. Es importante poder diferenciar estas pérdidas de las anteriores, ya que la forma de resolverlas es diferente, en algunos casos las pérdidas de este tipo son contabilizadas dentro de averías por no haberlas identificado como fallas en el proceso y la forma de eliminar estas pérdidas es suprimiendo la causa mas no el desgaste del componente o el equipo en sí. Otros paros del equipo Son aquellas pérdidas que se presentan por razones externas al equipo o al proceso. Como falta de materiales, de energía eléctrica u otros servicios, paros de equipos por temblores, inundaciones, incendios y otras catástrofes, o incluso porque paró el proceso siguiente y no es posible seguir produciendo por falta de capacidad. Pérdidas normales de producción Durante los períodos normales de producción existen momentos en los cuales la producción se ve detenida para llevar a cabo actividades normales como la realización de cambios de marcas o producto, arranque y detención de las máquinas, entre otros; y aunque estas pérdidas son normales, el tiempo en que la producción se ve afectada puede ser reducido a través de la implementación de mejoras en el diseño del equipo o en los procedimientos de cambio. 175

190 Pérdidas anormales de producción Se presentan durante la operación de los equipos cuando la velocidad de producción se ve reducida por algún factor debido a una baja en el desempeño del equipo. Estas pérdidas se pueden identificar cuando un componente debe ser operado a una velocidad menor para prevenir otro tipo de pérdida. Se presentan cuando una unidad produce menos producto del normal aún cuando se encuentre operando a la velocidad normal. Pérdidas por calidad y reproceso Son aquellas pérdidas causadas porque el producto queda fuera de los estándares de calidad de la empresa. De este modo, este producto no puede ser comercializado. Las pérdidas que se consideran se definen por el tiempo en que el equipo estuvo produciendo. El manejo de este producto puede ser de dos tipos: que se haya tenido que desechar por completo o que se haya tenido que reprocesar. En el primer caso las pérdidas son mayores porque se pierde incluso el material. Costos de adquisición e implementación de equipos Son las pérdidas asociadas a la adquisición e implementación con los proveedores menos competitivos. Se debe estudiar cuál es el mejor caso para la adquisición de los equipos, cuáles son los requerimientos y en base a esto, buscar el precio más competitivo. En caso de que este proceso no se lleve a cabo, existe una pérdida de equipos. Cuantificación de pérdidas de equipos Para calcular las pérdidas de equipo, el criterio es que todo aquel tiempo en que el equipo no está produciendo al máximo de su capacidad es una pérdida; el único tiempo que se puede descontar es debido a que la capacidad de producción del equipo sea mayor que lo que la demanda requiere. 176

191 Para saber a cuanto equivale en dinero cada hora de pérdida, es necesario identificar los ahorros que se podrían obtener si se operara todo ese tiempo, esto varía dependiendo de la operación. Para determinar la pérdida en dinero, es necesario contabilizar el tiempo en horas y después multiplicarlo por el ahorro por hora. Personal Las pérdidas de esfuerzo se refieren a las horas de trabajo del personal desperdiciadas debido a ineficiencias. Una planta en la que se presentan fallas o anormalidades, genera carga de trabajo adicional para los trabajadores: llenado de reportes, inspecciones, espera de instrucciones, búsqueda de refacciones y materiales, arreglar desperfectos, entre otros. Estas cargas adicionales se convierten en dinero sobre ejecutado ya que se necesitarán más horas hombre para cumplir con la meta de producción establecida. Existen pérdidas en los procesos y en las oficinas, si consideramos que las oficinas son en realidad fábricas de información donde existen procesos y sistemas podemos entender el que el concepto de pérdidas también está presente, éstas son causadas por re trabajos, búsqueda de información, dobles revisiones, entre otras. En ocasiones es muy fácil pasar por alto la existencia de estas pérdidas y de no eliminarse pueden traer consigo costos extras y otros impactos (como el dedicar recursos humanos a realizar trabajos que no agregan valor en vez de buscar mejoras y el desarrollo del negocio). Las perdidas de esfuerzo se pueden dividir en 8 tipos: 1.- Normales de esfuerzo. 2.- Anormales de esfuerzo. 3.- Gerenciales. 4.- Por movimientos innecesarios. 5.- Actividades de los equipos de trabajo. 6.- Por la organización en el área. 7.- Logística. 8.- Confirmaciones de calidad. 9.- Productividad. 177

192 Normales de esfuerzo Son aquellas que impiden el máximo aprovechamiento del tiempo del personal pero se encuentran definidas por la estructura del trabajo: vacaciones, festivos, entrenamientos, comida, etc. Las actividades como entrenamientos, reuniones, etc. Se deben lleven a cabo de una forma efectiva en el tiempo asignado, contribuyendo al desarrollo del individuo y del negocio. Anormales de esfuerzo Son pérdidas provocadas por ineficiencias o fallas directas del individuo: faltas, incapacidades, permisos, retardos, tiempo extra, etc. Para totalizar éstas pérdidas, es importante identificar no solo el tiempo perdido por la persona sino también los costos extras originados; normalmente los podemos ver como tiempo extra por cubrir la posición faltante, esperar instrucciones o materiales, entre otras. Gerenciales Pérdidas de esfuerzo causado por mala planeación administrativa. Se consideran gerenciales porque la causa de ellas es debido a un problema de administración o de gerencia, ejemplos de este tipo de pérdidas es cuando por mala planeación, un material no llega a las áreas o se encuentra perdido, etc. Por movimientos innecesarios Pérdidas provocadas por una mala distribución del equipo (de personas) y la necesidad de llevar a cabo movimientos adicionales para realizar una actividad. Estas pérdidas se pueden encontrar analizando los movimientos óptimos que debe realizar una persona en sus actividades: si tienen que ir a otra área para buscar refacciones, materiales o herramientas, esto debe ser contabilizado como pérdida. 178

193 Actividades de los equipos de trabajo Son aquellas que impiden el máximo aprovechamiento del tiempo del personal pues se encuentra trabajando en pérdidas que afectan la eficiencia del equipo. Si la operación tuviera el 100% de eficiencia, no sería necesario estar resolviendo problemas todo el tiempo, llevar a cabo ajustes, etc. Debe ser contado como pérdida tomando en cuenta el número de personas ya sea dedicada o afectada por esta desviación del propósito del trabajo. Por la organización en el área Pérdidas por falta de planeación y automatización en la operación, por falta o diferencia de habilidades (el tiempo real que se toma contra el tiempo que se tardaría una persona capacitada). Pérdidas por realizar trabajos que con equipos automatizados no se requerirían, como paletizadoras, empacadoras automáticas, entre otros. Logística Pérdidas ocasionadas por fallas en los sistemas de manejo de materiales. Tiempo perdido del personal debido a la falta de materiales en la planta, también se incluyen aquí las pérdidas que causan los problemas por falta de capacidad de embarques de producto terminado, esto provoca que se llenen las bodegas y que se detenga la operación, si esto sucede, normalmente los trabajadores están esperando a que se arregle el problema o realizando actividades que no añaden valor al producto terminado. Confirmaciones de calidad Es el tiempo que se debe dedicar a hacer revisiones de la calidad del producto debido a que la producción no es confiable. Lo mismo pasa para el control de inventarios, se debe revisar continuamente el nivel de inventarios porque el sistema de medición no es tan confiable o automático como para llevarlo sin esfuerzo humano. 179

194 Productividad Son las perdidas ocasionadas por una distribución de personal ineficiente o por la falta de automatización de un proceso. En caso de solucionar alguno de los casos nombrados, la reducción o el movimiento del personal traen consigo un ahorro. También el uso ineficiente de trabajadores temporales contratados es una pérdida ya que traen consigo un sobre costo. Cuantificación de pérdidas de esfuerzo Para calcular las pérdidas de esfuerzo, el criterio es que se deben identificar todas las actividades que se deben llevar a cabo como consecuencia de una ineficiencia, ya sea en el equipo o en los procesos o sistemas administrativos y medir el tiempo gastado en las mismas; todas estas actividades no tienen razón de ser en una operación ideal, el enfoque a cero pérdidas debe englobar este tipo también. Para saber a cuanto equivale en dinero cada hora de pérdida, es necesario determinar el costo por hora promedio del personal involucrado y multiplicarlo por las horas totales perdidas. Es importante tomar en cuenta a todas las personas involucradas para determinar las horas-hombre totales perdidas. Materiales Se refieren a todas las materias primas o material de empaque que no es convertido en producto terminado, estas pérdidas son las más evidentes. En una planta poco eficiente se pueden ver acumulaciones de material en el piso, basureros o rincones. En algunas ocasiones, la costumbre de desperdiciar materiales hace que no pensemos en éstos como pérdidas, ejemplos claros de esto son residuos en recipientes que se desechan, rollos de etiqueta que no se consumen hasta el final, etc. Otro tipo de pérdida de materiales es el de aquellos que no son materias primas pero que también son desaprovechados, perdidos, tirados, o incluso robados, mientras todavía pueden ser usados; estos materiales son aquellos como herramientas, suministros de limpieza, equipos de 180

195 seguridad, entre otros. Cuando se reemplazan componentes en mantenimientos de equipos que todavía están en buen estado, también trae consigo una pérdida de dinero que debe ser erradicada. Cada equipo de trabajo debe identificar cuales son los materiales que entran a su proceso e identificar cuales y en que cantidad son desaprovechados. Reducir este tipo de pérdidas demuestra el compromiso del personal a la eliminación de pérdidas. Estas pérdidas se dividen en 3 tipos: 1.- Materiales de producción. 2.- Otros materiales. 3.- Precios de materia prima. Materiales de producción Se refieren a todas las pérdidas de materiales de producción. Materia prima, de empaque, entre otros. Dentro de esta categoría se encuentran 3 variedades de pérdidas. Por recepción y manejo: Pérdidas que ocurren en las materias primas al momento de ser recibidas por la planta, es importante contabilizar el material que ha sido pagado por la compañía, los materiales dañados en la descarga o el manejo de la bodega, residuos que no se recuperan de los recipientes, derrames, material que se daña por lluvia, golpeado, fuera de especificación, etc. Por producción: Pérdidas de materias primas que ocurren en la producción, ya sea por el manejo en las áreas de proceso o desperdicios por ajustes de producción, residuos, revisiones de calidad, derrames en las áreas o producto no utilizado. Cuando se reprocesa se pierden materiales de empaque, perfumes, envases, etc. Todo depende de hasta donde se lleva a cabo el reproceso. Por manejo de producto terminado: Pérdidas de producto terminado por mal manejo del mismo; si dado el caso se debe reprocesar material o desecharlo una vez considerado como producto terminado, se incluye en estas pérdidas. 181

196 Otros materiales Existen otros materiales que también se utilizan para la manufactura del producto, como repuestos, accesorios, láminas de soporte de producto, paletas, entre otros, que también presentan pérdidas para la empresa en caso de que no se utilicen de manera eficiente. Éstas se pueden dividir en dos clases. Componentes subutilizados: Idealmente, todos los componentes de los equipos tienen un ciclo de vida útil. Si se mantienen las condiciones ideales de los equipos como limpieza, lubricación y ajuste, las partes de los equipos durarán el tiempo determinado por los fabricantes. Cuando las condiciones ideales del equipo no se mantienen y tenemos que tomar una acción sobre el equipo, se incurre en gastos adicionales, estos gastos son las pérdidas. Para identificarlas se debe saber el tiempo de vida ideal de los equipos y componentes y el tiempo de vida real, si por ejemplo una parte debe durar un año y la reemplazamos dos veces en el mismo año, la pérdida es igual al costo de esa pieza más los costos de materiales para el reemplazo (estopa, fibras, aceite, etc.). Desperdicio y otros: Pérdidas referentes a materiales desechados o extraviados cuando todavía sirven. Se debe identificar cuales son esos otros materiales como herramientas, suministros de limpieza, pintura, entre otros, que llegan a cada área y establecer si se están utilizando adecuadamente. Todos estos materiales también tienen un costo y el no utilizarlos al máximo o el hecho de necesitar usarlos de más, también es una pérdida. Costos de materia prima Son las pérdidas asociadas a la compra de materias primas con los proveedores menos competitivos. Se debe estudiar cuál es la mejor estrategia para la adquisición de los materiales, cuáles son los requerimientos y en base a esto, buscar el precio más competitivo. En caso de que este proceso no se lleve a cabo, existe una pérdida de materiales. 182

197 Cuantificación de pérdidas de materiales El criterio base para calcular las pérdidas de materiales, es que todo el material se utiliza al máximo, todas las materias primas se convierten en producto terminado y los otros materiales se utilizan al 100% de su vida útil. Para cuantificar la pérdida se debe ubicar el costo medido y multiplicarlo por la cantidad reportada. Otras En una planta existen pérdidas que no son consideradas como pérdidas de eficiencia, materiales o esfuerzo, sin embargo tienen un impacto en el costo de producción del producto, es importante identificarlas ya que se encuentran distribuidas en toda la planta. Estas pérdidas se contabilizan directamente por el dinero que cuestan. Se clasifican en: 1.- Logística. 2.- Capacidad. 3.- Energía. 4.- Varias. Logística Pérdidas de dinero causadas por gastos inherentes a los sistemas de logística. Cuando ocurren fallas en los sistemas de manejo de materiales, existen gastos extras que deben ser considerados como pérdidas, ejemplos de éstos, pueden ser demoras, renta de tanques de almacenamiento o pipas u otros transportes para hacer las entregas de producto terminado, pago de contratistas para reprocesar materiales ya sean materias primas o material de empaque, entre otros. Estas pérdidas no deben estar contabilizadas entre las pérdidas de eficiencia, materiales y esfuerzo, sino que son gastos extras y normalmente son pagados directamente en dinero. 183

198 Capacidad Son las pérdidas asociadas al aprovechamiento ineficiente de capacidad. Generalmente se muestran con procesos, equipos y edificaciones ociosas. Energía Son las pérdidas ocasionadas por un aprovechamiento ineficiente de energía. Se muestran por medio de equipos, procesos y edificaciones consumiendo energía sin necesidad, Varias Como no todas las pérdidas posibles en la planta se han identificado en las pérdidas descritas anteriormente, todas aquellas diferentes se consideran como pérdidas varias. Cuantificación de otras pérdidas La cuantificación de estas pérdidas es inherente a la clasificación de las mismas. Si se refiere a pérdidas de logística, dependerá del costo logístico involucrado; energía, costo sobre ejecutado de energía; y las varias deben detallarse hasta lograr identificar el costo de la pérdida. Árbol de pérdidas Todas las pérdidas deben juntarse para determinar las pérdidas totales de la planta. De este modo se colocan en un gráfico desde las pérdidas en las líneas de producción hasta las pérdidas por departamento. Este gráfico se denomina el árbol de pérdidas. Con esta herramienta, los gerentes pueden conocer la cantidad de pérdidas por área y así reforzar con recursos los departamentos que consideren. En la Fig. 74 se presenta un ejemplo de un árbol de pérdidas. 184

199 Perdidas de la Planta Pérdidas de: Equipo Materiales Esfuerzo Otros Empaque Proceso Otros Linea 1 Linea 2 Linea 3 OtrosOtros Mezcladores CONSAP Otros Otros Areas administrativas y de soporte Linea 4 Linea 5 Linea 6 Linea 8 Torre Caldera CONSAP Fig. 74: Ejemplo de un árbol de pérdidas 185

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