PROPUESTA DE MEJORA DE UN PROCEDIMIENTO DE LIMPIEZA CLEANING IN PLACE (C.I.P.), ASI COMO SU PUESTA EN MARCHA Y SERVICIO DEL EQUIPO, EL MANTENIMIENTO REQUERIDO EN UN PROCESO DE BEBIDAS NO CARBONATADAS

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA

INGENIERIA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

“PROPUESTA DE MEJORA DE UN PROCEDIMIENTO DE

LIMPIEZA CLEANING IN PLACE (C.I.P), ASÍ COMO SU

PUESTA EN MARCHA Y SERVICIO DEL EQUIPO, EL

MANTENIMIENTO REQUERIDO EN UN PROCESO DE

BEBIDAS NO CARBONATADAS.”

T E S I S

QUE PARA CONSEGUIR EL TITULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y

AUTOMATIZACIÓN

P R E S E N T A :

PABLO PESCADOR PÉREZ

MÉXICO, DF. MAYO 2010

UNIDAD PROFESIONAL

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERI()R DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LOPEZ MATEOS"

l-'E MA DE TE SIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

POR LA OPCION DE TITlJLACION _{TESIS Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL}

DEBERA(N) DESARROLLAR _{C. PABLO PESCADOR PÉREZ}

"PROPUESTA DE MEJORA DE UN PROCEDIMIENTO DE LIMPIEZA CLEANING IN PLACE (C.I.P), Así COMO SU PUESTA EN MARJ::l;!A y SERVICIO DEL EQUIPO, EL MANTENIMIENTO

REQUERIDO EN UN ｐｒｾｃｂｓｏ lJE BEBIQAS NO CARBONATADAS.

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REDUCIR DAÑOS EN LOS COMPONENTES DE EQUIPOS QUE INTEGRAN UN PROCESO (C.I.P), ASÍ COMO EN LINEAS DE PRODUCCIÓN ORIGINADAS PORé'EL CALENTAMIENTO EXCESIVO DURANTE EL PROCESO DEL CIPo

ｾ＠ CONCEPTOS Y ｄｅｆｉ ｎｉｾｉｏ ｎｅｓ＠ DE ｬｩｉ ｬ ｾ＠ ｾ＠ PRUEBAS DE ｅｑｕｉｐ ｏ Ｎ＠ ｾ｜＠ '

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ｾ＠ DESARROLLO DE UNA INGENIERIA. "' 4' ,1' r

MÉXICO D.F., 08 DE ABRIL 2010.

ING.

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ASESORES

ING. CARJ!ÓSA. LÓPEZ ORTÍZ.

ING. JOS " ｇｅｌｊｖＮｉｅｊￍｴＰ｜ ",. ｾＬ ｟ ＬＧ｣Ｚ ｰ Ｌｱｗｾｇｕｅｚ.. , l .,' ,-, ,

AGRADECIMIENTO

Un cordial agradecimiento a toda mi familia, a mi madre y hermanos, así como a mi hija y a mi pareja en su momento, le agradezco a mi madre por haberme dado la vida y la sabiduría para poder lograr estas etapas de mi vida, ya que sin el apoyo de mis hermanos y sin el apoyo de mi madre y mi familia, no hubiese podido lograr esta meta.

No tengo con que pagarles todo el apoyo brindado por ustedes, la única forma de poder retribuirles algo de todo aquello que me brindaron es ofreciéndoles mi gratitud y esta tesis en reconocimiento, de todo el apoyo brindado hasta este momento esta tesis es para ustedes y por ustedes mil gracias y jamás tendré forma de pagarles todo su apoyo a mis hermanos y mi madre, y a mi familia en su momento, gracias por todo su apoyo.

A mi madre que es un pilar muy fuerte para mi vida y por ser el mejor ejemplo así como el haber sido madre y padre para mi, te dedico esta tesis en agradecimiento por todo lo que me has brindado, así como haberme cuidado y hacerme una persona de bien y por haberme enseñado todo lo bueno que tengo y por tener un corazón tan grande gracias madre mía.

A mis hermanos y sus familias les agradezco por el apoyo brindado incondicionalmente en todo momento y por ayudarme a sobre salir en todas las etapas de mi vida, así como por seguirme apoyando en este camino por el que estoy pasando, gracias a ustedes por ayudarme en todo momento y por su apoyo incondicional, muchas gracias hermanos.

CONTENIDO

RESUMEN. . . . . . .i GLOSARIO. . . SIMBOLOGIA. . . LISTA DE FIGURAS. . . LISTA DE TABLAS, LISTA DE DIAGRAMAS, LISTA DE GRAFICAS. . LISTA DE PLANOS. . .

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN.

1.1 PRESENTACIÓN. . . 1.2 JUSTIFICACIÓN. . . 1.3 OBJETIVO. . . 1.4 DIFINICIONES DE IMPORTANCIA. . . 1.5 TIPOS DE CALDERAS. . . 1.6 TIPOS DE INTERCAMBIADORES. . .

CAPITULO II

ANTECEDENTES DE UN CLEANING IN PLACE SEMIAUTOMATICO.

2.1 GENERALIDADES DEL (C.I.P.) SEMIAUTOMATICO. . . 2.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA (C.I.P.) SEMIAUTOMATICO. . . 2.3 CLEANING IN PLACE TIPO CONJUNTO. . . 2.4 PROBLEMATICAS DEL (C.I.P.) SEMIAUTOMATICO. . . 2.5 ANALISIS DEL (CI.P.) SEMI AUTOMATICO. . . 2.6 NECESIDADES QUE HAY EN UN (C.I.P.) SEMIAUTOMATICO. . . . 2.7 GENERALIDADES DEL MANTENIMIENTO. . . 2.8 LOS TIPOS DE MANTENIMENTO QUE HAY. . .

CAPITULO III

PROPUESTA DE APLICACIÓN DE UN CLEANING IN PLACE AUTOMATICO.

3.1 GENERALIDADES DEL CLEANING IN PLACE. . . 3.2 ALGUNOS TIPOS DE CLEANING IN PLACE. . . 3.3 CLEANING IN PLACE TIPO SEPARADO. . . 3.4 POR QUE IMPLEMENTAR ESTE PROCESO (C.I.P.). . . 3.5 DESCRIPCIÓN DE LA MEJORA. . . 3.6 DATOS TÉCNICOS DE EQUIPOS. . .

3.6.1 DATOS A CONSIDERAR. . . 3.6.2 CARACTERISTICAS TÉCNICAS. . . 3.6.3 OTRAS OPCIONES. . . 3.7 TABLA DE COMPROBACIÓN DE TIEMPOS DEL (C.I.P.). . .

. . . ii . . . . .iii . . . . .iv . . . v . . . . .vi

. . . 1 . . . 2 . . . 3 . . . . .4 . . . 6 . . . . .8

. . . . 18 . . . . 18 . . . . 18 . . . . 19 . . . . 20 . . . . 20 . . . . 20 . . . . 21

3.8 LOS DIFERENTES PASOS DEL (C.I.P.). . . 3.8.1 (C.I.P.) POR ARRASTRE. . . 3.8.2 (C.I.P.) CORTO EN FRIO. . . 3.8.3 (C.I.P.) CORTO EN CALIENTE. . . 3.8.4 (C.I.P.) LARGO EN FRIO. . . 3.8.5 (C.I.P.) LARGO EN CALIENTE. . . 3.9 DIFERENCIAS ENTRE UN (C.I.P.) SEMIAUTOMATICO Y UN (C.I.P.) AUTOMATICO. . . 3.10 ANALISANDO UN (C.I.P.) AUTOMATICO. . .

CAPITULO IV

PUESTA EN SERVICIO Y PRUEBAS A EQUIPOS.

4.1 DEFINICIONES Y OBJETIVO DE UNA PUESTA EN SERVICIO DEL EQUIPO. . . 4.2 RESPONSABILIDADES Y PROCEDIMIENTO DE UNA PUESTA EN SERVICIO. . . 4.3 PRUEBAS DE FABRICACIÓN. . . 4.4 PRUEBAS DE CAMPO. . . 4.5 PRINCIPIO DE OPERACIÓN. . . 4.6 OPERACIÓN DE PUNTOS CRITICOS. . . 4.7 COMPROBACIÓN DE FUNCIONAMIENTO. . . 4.8 MONTAJE DE EQUIPOS EN PLANTA. . . 4.9 PRUEBAS CON SOLUCIONES DE TRABAJO. . . 4.10 COMPROBACIÓN DE OPERACIÓN DE VÁLVULAS. . . 4.11 PRUEBAS A BOMBAS. . . 4.12 SENTIDOS DE FLUJO. . . 4.13 INSTRUMENTACIÓN UTILIZADA. . . 4.14 PRUEBAS AL (P.L.C.). . . 4.15 PRUEBAS A SENSORES E INSTRUMENTOS. . . 4.16 PRUEBAS DE CIRCULACIÓN POR TUBERIAS. . . 4.17 PRUEBAS DE CIRCULACIÓN POR VÁLVULAS ACTUADAS. . . . 4.18 PRUEBAS DE SEPARACIÓN O AISLAMIENTO DE CIRCUITOS. . 4.19 PRUEBAS DE CIRCUITOS A EMPLEAR. . .

CAPITULO V

MODELADO Y ANALISIS MATEMÁTICO DE UN SISTEMA (C.I.P.).

5.1 MODELADO MATEMÁTICO DE UN CONTROL, DE TEMPERATURA EN UN SISTEMA (C.I.P.). . . 5.2 SIMULACIÓN DE UN LAZO DE CONTROL DE TEMPERATURA EN UN SISTEMA (C.I.P.). . .

. . . . 31 . . . . 31 . . . . 32 . . . . 32 . . . . 33 . . . . 33

. . . . 35 . . . . 38

. . . . 39

. . . . 39 . . . . 41 . . . . 42 . . . . 43 . . . . 44 . . . . 46 . . . . 47 . . . . 49 . . . . 50 . . . . 52 . . . . 53 . . . . 54 . . . . 63 . . . . 64 . . . . 66 . . . . 66 . . . . 67 . . . . 68

. . . . 70

CAPITULO VI

EJEMPLO DE UNA INGENIERÍA QUE SE REQUIERE PARA LA INSTALACIÓN DE UN (C.I.P.).

6.1 NECESIDADES DEL CLIENTE. . . 6.2 CONSERTAR VISITA EN PLANTA. . . 6.3 TENER INFORMACIÓN DEL EQUIPO A MODIFICAR. . . 6.4 CONSEGUIR CON INGENIEROS DE PLANTA, PLANO DE

PLANTA. . . 6.5 GENERAR PLANO DE PLANTA. . . 6.6 REALIZACIÓN DE PROPUESTA DE INGENIERÍA. . . 6.7 GENERACIÓN DE PLANOS DE SERVICIOS. . . 6.8 REALIZACIÓN DE PLANOS. . . 6.9 REVISIÓN DE PLANOS CON EL ÁREA DE INGENIERÍA. . . 6.10 SE REALIZAN OBSERVCIONES DE LOS PLANOS. . . 6.11 SE REALIZA UNA SEGUNDA REVISIÓN DE LOS PLANOS. . . 6.12 ACEPTACIÓN DE INGENIERÍA SE EMPIEZA A GENERAR LA COTIZACIÓN. . . 6.13 REALIZADA LA COTIZACIÓN SE ENTREGA AL

DEPARTAMENTO CORRESPONDIENTE. . . 6.14 GENERACIÓN DE CARPETA DE INFORMACIÓN. . . 6.15 LISTA DE PLANOS GENERADOS DURANTE LA INGENIERÍA. . . 6.16 GENERAMOS UN ANALISIS TÉCNICO ECONOMICO DEL PROCESO. . .

CAPITULO VII

7.1 CONCLUSIONES. . . 7.2 RECOMENDACIONES. . . 7.3 REFERENCIAS. . .

ANEXOS

ANEXO A

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DE UN CLEANING IN PLACE. . . . - MANTENIMIENTO DE LOS EQUIPOS. . . - DOCUMENTACIÓN DEL MANTENIMIENTO A EQUIPOS. . . FOTOS DE CÓMO SE VE UN CUARTO DE (C.I.P.) Y EQUIPOS. . .

ANEXO B

EJEMPLO DE UN CATALOGO DE CONCEPTOS. . . EJEMPLO DE UNA ESTIMACIÓN DE COSTOS DE UN PROYECTO. .

. . . . 79 . . . . 79 . . . . 82

. . . . 82 . . . .83 . . . . 86 . . . . 88 . . . . 88 . . . . 98 . . . . 98 . . . . 99

. . . 102

. . . 102 . . . 103 . . . 103

. . . 104

. . . 105

. . . 106 . . . 107

. . . 108 . . . 109 . . . 120 . . . 122

i

RESUMEN.

En el presente trabajo, describe en su primera parte generalidades de importancia para la aplicación del Cleaning in Place para las industrias alimenticias, es decir nos nada referencias de todo los equipos que intervienen, así como nos da un panorama de las generalidades del Cleaning in Place, tales como los tipos de éste, también nos habla a cerca del mantenimiento que se aplica al equipo, así como se describen en forma breve, algunas de las pruebas que se realizan al equipo, también se denotan las pruebas realizadas en su momento de instalación en el área donde se coloca el equipo a utilizar.

Es importante el exponer las pruebas que deben de realizarse en campo, describiendo: su teoría, aplicación, recomendaciones para su ejecución y algunos ejemplos de como se ven los equipos instados. Las pruebas de campo son actividades dentro de los trabajos de mantenimiento y puesta en servicio, con la finalidad de mantener índices de confiabilidad y continuidad aceptables de trabajo en los equipo.

En este trabajo también se realiza un modelado matemático del lazo de control de temperatura PID, y en el que se nos presentan problemas para poder controlar temperatura de la soluciones, es corregir y mejorar la parte que nos gene problemas, se realiza una simulación y un análisis del lazo de control de temperatura del proceso de Cleaning in Place.

En el presente trabajo cuenta con seis capítulos en los cuales se tocan los diferentes aspectos que se quieren dar a conocer y que se deben de tener en cuenta tanto para los ingenieros de planta, como para los ingenieros de campo y estos capítulos son: introducción y generalidades, pruebas de equipo y puesta en marcha y servicio, modelado matemático del lazo de control de temperatura con un PID, simulación y análisis del lazo de control de temperatura, ejemplo de ingeniería, conclusiones, recomendaciones y bibliografía, también cuenta con un apartado de anexos en el los cuales se habla del programa de mantenimiento requerido y su documentación así como se presenta un cuarto de un sistema Cleaning In Place, también se presenta un ejemplo de catalogo de conceptos como se debe de desarrollar, así como una estimación de costos de un proyecto.

ii

GLOSARIO.

AS.I.: Bus de comunicación para (actuador, sensores e interface), en donde en un solo cable o red es posible conectar hasta 62 equipos. (AS-I international Associaton e.V.). [www.emagister.com/cursos gratis]

ACTUADOR: Elemento intermedio entre el controlador y el elemento final, proporciona la energía necesaria al elemento final para ser actuado.

C.I.P.*: (Cleaning In Pace) Limpieza en sitio.

CHECK LIST: hoja de proceso de revisión de equipos y maquinaria.

D.T.I.****: (Instrumented Technical Diagram) Diagrama Técnico Instrumentado, o Diagrama de Proceso Instrumentado.

ELEMENTO FINAL DE CONTROL: todo aquel equipo a controlar, válvulas, motores, etc.

LAZO: Combinación de uno o mas instrumentos o funciones de control que señalan el paso de uno al otro con el propósito de medir o controlar las variables.

H.PS.: Caballos de fuerza (Horsepower H.P.), 1H.P.= 746 w, 0.746Kw.

P.H.: Es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución, las siglas significan potencial de hidrogeno, típicamente el valor del p.h. va 0-14 en disoluciones acuosas. [P.H. Wikipedia, enciclopedia Libre].

P.L.C.***: (Program Logia Control) Controlador Lógico Programable.

P.V.C.**: (Polyvinyl Chloride) Poli Cloruro de Vinilo.

PASTEURIZADOR: Equipo para realizar un tratamiento físico por medio del calor para matar las bacterias patógenas de un determinado material, no se trata de una esterilización (muerte de todos los microorganismos) sino solamente de una destrucción de los microbios nocivos, que suelen ser más sensibles a la temperatura.

PRESION: Es una fuerza ejercida por el flujo en la unidad de la superficie de la pared del recipiente que lo contiene se expresa en (Kg2_/cm2_{, Lbs/pulg}2_{, bars).}

SET POINT: O punto de referencia se puede controlar manualmente,

automáticamente o ser programado y esta referenciado a la variable controlada.

SEÑAL ELECTRICA: Señal de (4-20ma).

iii TAG: Descripción consecutiva para identificar los instrumentos de proceso.

V.C.A.: Voltaje de Corriente Alterna.

V.C.D.: Voltaje de Corriente Directa.

X1_{: Nombre o nombramiento de un producto a elaborar.}

iv

SIMBOLOGÌA.

BOMBA.---

ELECTROVALVULA O

INSTRUMENTO DISCRETO, montado en campo.

INTERCAMBIADOR DE PLACAS.---

MANOMETRO DE PRESION.---

P.L.C. montado en tablero---

REDUCCION BUCHIN.---

SEÑAL ELECTRICA.---

SEÑAL NEUMATICA.

---TERMOMETRO DE CARATULA.

---VALVULA ANTIRRETORNO.---

VALVULA DE

BOLA.---VALVULA DE CUATRO

VIAS.---VALVULA DE MARIPOSA.

VIAS.---v

LISTA DE FIGURAS.

Figura 1: Vista de un cuarto de calderas. Figura 2: Caldera en planta.

Figura 3: Esquema de una caldera pirotubular. Figura 4: Esquema de una caldera acuatubular. Figura 5: Caldera de planta acuatubular.

Figura 6: Esquema simple de un intercambiador. Figura 7: Clasificación de intercambiadores.

Figura 8: Esquema de placas de un intercambiador. Figura 9: Se muestra un pasteurizador.

Figura 10: Como se ve un intercambiador armado.

Figura 11: Esquema de un intercambiador de haz de tubos y enchaquetado. Figura 12: Como se ve un intercambiador de haz de tubos y enchaquetado.

Figura 13: Tapa por donde esta las entrada y salidas del intercambiador de haz.

Figura 14: Vista de un porrón de desinfectante o sanitizante. Figura 15: Vista de un porrón de sosa cáustica.

Figura 16: Tanques de acero inoxidable que se usan.

Figura 17: Se muestran los materiales utilizados en acero inoxidable. Figura 18: Curva de tiempo útil de los equipos.

Figura 19: Diagrama de cómo se capturan los tiempos (C.I.P.). Figura 20: Formato de registro de limpieza para una línea. Figura 21: Gráfica de los muestreos de producto en la línea. Figura 22: Panel Táctil de un proceso (C.I.P.), automático.

Figura 23: Vista de un sistema totalmente automatizado de un (C.I.P.).

Figura 24: Se muestra como se realizaba el (C.I.P.) de una forma semiautomática.

Figura 25: Se muestra como se realiza la limpieza en la línea semiautomática. Figura 26: Conformación de un Controlador Lógico Programable.

Figura 27: Se muestra un Panel Táctil para controlar equipos. Figura 28: Comprobación de funcionamiento de equipos. Figura 29: Montaje en planta.

Figura 30: Montaje de tuberías en planta.

Figura 31: Esquema de una válvula y como esta conformada.

Figura 32: Demostración de una válvula físicamente y montada en línea. Figura 33: Se muestran físicamente los variadores de velocidad.

Figura 34: Motobomba controlada con variador.

Figura 35: Identificación de sentidos de tuberías. Figura 36: Arquitectura de un (P.L.C.).

Figura 37 a y b: Comprobación de operación de instrumentos. Figura 38 a y b: Comprobación de funcionamiento de sensores. Figura 39: Válvula con actuador neumático.

Figura 40: Matriz de válvulas en operación del (C.I.P.). Figura 41: Separación de circuitos a utilizar.

Figura 42 a ala j: Se muestran las condiciones de planta y los equipos de la misma.

Figura 43 a y b: Se muestra un Intercambiador de Placas.

Figura 44 a y b: Se muestran como se dañan las placas y empaques.

vi Figura 46: Válvula mariposa con actuador eléctrico.

Figura 47: Válvula mariposa con actuador neumático. Figura 48: Válvula con su actuador neumático.

Figura 49 a ala c: tableros eléctricos en mal estado y como se deberían ver. Figura 50: Tablero eléctrico con variadores

Figura 51 a y b: Abrazaderas tipo clamp y conexiones con extremos clamp. Figura 52 a y b: Empaques para conexiones clamp.

Figura 53: Estructura de una bomba neumática. Figura 54: Moto bomba de tornillo.

Figura 55: Moto bomba con flecha directa a impulsor. Figura 56: P.L.C. módulos de entradas y salidas, C.P.U. Figura 57 a y b: Bus de comunicación del esclavo AS.I. Figura 58: Como se ve un cuarto del C.I.P.

Figura 59: Lo que contiene un cuarto de C.I.P.

Figura 60: Cabezal de vapor y tanques dosificadores. Figura 61: Módulos de operación de equipos.

Figura 62: Gabinete del panel que controla a los equipos. Figura 63: Tanques de soluciones.

Figura 64: Llenadora de producto.

Figura 65: Tanques de producto terminado.

vii

LISTA DE TABLAS.

Tabla 1: Tabla para saber cuando se debe de realizar los diferentes C.I.P. de los equipos.

Tabla 2: Tabla de algunos parámetros del C.I.P.

Tabla 3: Tabla donde se muestra el listado de instrumentación requerida para un C.I.P.

Tabla 4: Formato de cómo se debe de llevar el registro de mantenimiento. Tabla 5 en anexo B: Con la siguiente tabla se muestra un ejemplo de catalogo de conceptos que se tienen en una ingeniería.

Tabla 6 en anexo B: En la siguiente tabla se presenta un ejemplo de cómo se realiza una cotización de un proyecto.

LISTA DE DIAGRAMAS.

Diagrama 1: Diagrama a bloques de un sistema de control típico de la planta de interés.

Diagrama 2: Configuración del controlador matemático de nuestro interés. Diagrama 3: En este diagrama a bloques se muestra un sistema de control típico más una entrada más de estudio.

Diagrama 4: Se ve como esta conformado nuestra planta por el simulador. Diagrama 5: Se ve como esta conformado nuestra planta por el simulador pero integrando equipos de interés.

LISTA DE GRÁFICAS.

Grafica 1: Se ve el comportamiento de la planta sin tener el controlador de nuestro interés.

Grafica 2: Se ve el comportamiento de la planta que buscamos o el deseado y el tiempo de estabilidad.

viii

LISTA DE PLANOS.

Plano 1: demostración de un diagrama de escalera del P.L.C.

Plano 2: continuación del diagrama de escalera.

Plano 3: plano de planta y distribución de espacios.

Plano 4: planos de planta.

Plano 5: plano con la propuesta de equipo.

Plano 6: plano de equipos mecánicos.

Plano 7: diagrama enfilar.

Plano 8: plano de trayectoria de charolas.

Plano 9: plano del tendido de cable de fuerza.

Plano 10: continuación del tendido de cable de fuerza.

Plano 11: plano de un D.T.I. del proceso.

Plano 12: plano de un D.T.I. del proceso de vapor.

Plano 13: plano de un D.T.I. del cuarto del C.I.P.

Plano 14: plano de cómo se realizan isométricos de tuberías.

Plano 15: plano con correcciones generadas.

1

CAPITULO I INTRODUCCIÓN.

1.1 PRESENTACIÓN.

En los sistemas de limpieza (C.I.P.)*; para la industria alimenticia o dedicada a la elaboración de subproductos alimenticios, en la actualidad es un sistema de suma importancia e interés, esto esta garantizando la limpieza de los circuitos utilizados al cien por ciento, el sistema (C.I.P.) es una mejora en la actualidad ya que anteriormente dicho sistema se realizaba manualmente, es decir se realizaba la limpieza de tanques y de otros equipos desmontándolos para poder lavarlos así se tenia un mayor consumo de productos, y perdida de tiempo.

El equipo o sistema primario (C.I.P.), debe de mantenerse en las mejores condiciones operativas, esto es para poder reducir la probabilidad de falla, con el fin de mejorar la continuad del servicio que este presta. Analizando lo anterior el (C.I.P.) hoy en día es un requisito de importancia para garantizar la limpieza del equipo interno y esto a su ves nos garantiza que el producto esta libre de bacterias extrañas o ajenas al producto, este sistema es utilizado en las industrias que tengan que ver con el régimen alimenticio, como se comento anteriormente este proceso se realizaba rústicamente o manualmente y que en comparación con el crecimiento y la demanda de estos productos con mayor calidad las grandes empresas tuvieron que emigrar o implementar mejoras en sus procesos para poder ser competitivos con los demás productos ya existentes, es decir implementar el sistema de limpieza (C.I.P.), para reducir tiempos y costos y así aumentar la producción, ya que en la actualidad este proceso se realiza en un menor tiempo y como ventaja se tiene mayor producción.

El presente trabajo será de utilidad para el Ingeniero de campo, es decir para el Ingeniero de mantenimiento y su personal técnico; con la finalidad de proporcionar información y elementos fundamentales para el apoyo en la manera de efectuar pruebas de todo el equipo que conforma el sistema de limpieza (C.I.P.)

Los resultados que se obtengan, deben cumplir con valores aceptables, siendo la base para decidir la puesta en servicio del equipo o si este, se encuentra en condiciones optimas de operación o si requiere de mantenimiento.

Es de suma importancia contar con un manual de consulta, para realizar pruebas al equipo antes de usarse así como pruebas de campo al mismo, con la finalidad de poder realizar su ejecución correcta y correspondiente con el fin de poder estandarizar un criterio de pruebas para el equipo correspondiente y que toda la gente involucrada al mantenimiento y del departamento de mantenimiento del mismo, realice los mismos pasos para su correcta ejecución en proceso, y los mismos procedimientos sin que se tengan que realizar trabajos extras o fuera de tiempo según el tipo de mantenimiento a realizar.

2

1.2 JUSTIFICACIÓN.

Es necesario hacer notar que una mala operación y un mal mantenimiento que se realice, esto hace que el tiempo de producción de las plantas de alimentos sea muy corto así como el gasto realizado para el mantenimiento sea muy alto, es decir si en un sistema Cleaning In Place semiautomátizado, los tiempos de limpieza de todos los equipos involucrados era aproximadamente mas de una jornada de trabajo es decir que se realizaba en un promedio de 12 horas para poder realizar el Cleaning In Place, y si a esto se le agrega la mala operación de los equipos, y no tener unificación en los criterios de mantenimiento ya que cada persona que se involucraba en el mantenimiento toma las decisiones mas conveniente y esto hacia que los tiempos de producción y los tiempos de mantenimiento se elevaran y no arrancaran las líneas.

Por eso también se toma en cuenta que un sistema Cleaning In Place automatizado, es una fuerte inversión que se hace pero que a su ves trae varios beneficios tales como tiempos reducidos en la limpieza de equipo, ahorro de gastos así como una unificación en los mantenimientos realizados en los equipos, es decir si en el sistema de limpieza rustico el promedio de tiempo era de 12 horas, con un sistema automatizado Cleaning In Place el proceso mas duradero es de 5 horas como máximo y este tiempo es relativamente corto al anterior ya que se reduce hasta en un 55% el tiempo de la producción de la líneas.

El ahorro que se obtiene al contar con sistema de limpieza es sumamente importante ya que se tiene un ahorro muy importante de los siguientes elementos; agua cruda, agua tratada, sosa, ácido, vapor, etc., por mencionar los más apreciables.

El mayor problema que se presenta en un cuarto de (C.I.P.)*, es el mal control de la temperatura de las soluciones de trabajo hacia las áreas de proceso, si la temperatura no fuera la adecuada esto hace que se originen daños a ciertas partes de los equipos y a los equipos en si, principalmente cuando la temperatura es muy elevada, y cuando la temperatura es baja no se consigue el grado de limpieza que se requiere y se generan obstrucciones en tuberías.

El conflicto que se presenta mas común mente en el proceso de limpieza es el de mantener la temperatura a un promedio de 100°C que es la temperatura que se requiere por norma para poder conseguir el grado de limpieza requerido, por este motivo presentamos una solución para este conflicto con la aplicación de un control PID, para poder tener las condiciones requeridas para las soluciones que van hacia el proceso y así no generar daños a los equipos.

3

1.3 OBJETIVO.

El presente trabajo está desarrollado para implementar la mejora en un sistema de limpieza “Cleaning In Place” (C.I.P.), semiautomático contra un sistema automático para una línea de producción de bebidas no carbonatadas por medio de:

modelado matemático y simulación del proceso, experimentación, mejora en los procedimientos, reducción de tiempos en los mantenimientos preventivos y correctivos, puesta en marcha de los equipos, con ello se obtendrá la implementación de este proceso, una mejora en la producción y la calidad del producto redundando en un mayor costo-beneficio de las diferentes áreas involucradas en las líneas de producción.

4

1.4 DEFINICIONES DE IMPORTANCIA

.

* CLEANING IN PLACE: La definición que se le da en español es la siguiente, limpieza en sitio o limpieza en lugar, así como es muy importante hacer notar que la higiene es fundamental en la producción de alimentos, el (CIP)*_{; es un}

procedimiento moderno y económico para limpiar de modo confiable y rápido instalaciones de procesos.

* C. I. P. significa limpieza en sitio, es decir sin desmontaje del equipo de producción, lo cual supone una ventaja notable respecto a los sistemas tradicionales.

* SERVICIOS: Se define como servicios todo aquello que se requiera para el buen funcionamiento del equipo, hablando en un sistema de limpieza los servicios requeridos son los siguientes, agua tratada, vapor, electricidad, así como detergentes.

* CALDERA: La definición que le vamos a dar a la caldera es la siguiente. Una caldera es una máquina o dispositivo que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado. Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones de diversas industrias. También es muy importante saber definir que es vapor y sus utilizaciones, del mismo y lo podemos definir es decir:

¿Qué es el vapor? el vapor es una fase intermedia entre la liquida y la de gas. Los vapores tienen características semejantes a los gases, puesto que llenan por completo las paredes del recipiente que los contiene. Las propiedades o características de los vapores se encuentran consignadas en tablas y graficas de vapor.

El vapor es ampliamente utilizado para la calefacción, para secar pastas, para evaporar disoluciones químicas, para procesos de calentamiento, también para mover turbinas, maquinas; y para realizar los miles y miles de procesos en todas las ramas de la industria.

5 El vapor es utilizado en estos casos, simplemente porque existe una

necesidad de calor y energía al mismo tiempo y el vapor es la manera más adecuada y económica de transportar grandes cantidades de calor y energía. El vapor es fácil de producir ya que se obtiene del agua y generalmente se requiere de un recipiente adecuado para producirlo industrialmente, este recipiente es una caldera o un generador de vapor, ejemplo de calderas según las figuras Nº 1 y 2.

Figura. Nº 1 vista de un cuarto de calderas.

6

1.5 TIPOS DE CALDERAS

Aunque existen numerosos diseños y patentes de fabricación de calderas, cada una de las cuales puede tener características propias, las calderas se pueden clasificar en dos grandes grupos; calderas pirotubulares y acuatubulares, algunas de cuyas características se indican a continuación.

CALDERAS PIROTUBULARES

Se denominan pirotubulares por ser los gases calientes procedentes de la combustión de un combustible, los que circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta bañado por el agua de la caldera. El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisión de calor por radiación, y los gases resultantes, se les hace circular a través de los tubos que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de calor por conducción y convección. Según sea una o varias las veces que los gases pasan a través del haz tubular, se tienen las calderas de uno o de varios pasos. En el caso de calderas de varios pasos, en cada uno de ellos, los humos solo atraviesan un determinado número de tubos, cosa que se logra mediante las denominadas cámaras de humos. Una vez realizado el intercambio térmico, los humos son expulsados al exterior a través de la chimenea, como podemos verlo en la figura Nº 3.

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CALDERAS ACUATUBULARES.

En estas calderas, al contrario de lo que ocurre en las pirotubulares, es el agua el que circula por el interior de tubos que conforman un circuito cerrado a través del calderín o calderines que constituye la superficie de intercambio de calor de la caldera. Adicionalmente, pueden estar dotadas de otros elementos de intercambio de calor, como pueden ser el sobre calentador, recalentador, economizador, etc.Estas calderas, constan de un hogar configurado por tubos de agua, tubos y refractario, o solamente refractario, en el cual se produce la combustión y constituyendo la zona de radiación de la caldera.

Desde dicho hogar, los gases calientes resultantes de la combustión son conducidos a través del circuito de la caldera, configurado este por paneles de tubos y constituyendo la zona de convección de la caldera. Finalmente, los gases son enviados a la atmósfera a través de la chimenea.

En la figura Nº 4 se presenta un esquema de una caldera acuatubular.

Figura Nº 4 Esquema de una caldera acuatubular.

8 Figura Nº 5 Caldera de planta Acuatubular.

1.6 TIPOS DE INTERCAMBIADOR DE CALOR.

Un intercambiador de calor lo podemos describir de un modo muy elemental como un equipo en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluyen sin mezclarse con el objeto de enfriar una de ellas o calentar la otra o ambas cosas a la vez. Un esquema de intercambiador de calor sumamente primitivo es el siguiente ejemplo y de ahí nos basamos para realizar las diferencias de estos y cuales son los más comunes y los más usados en las industrias, en la figura Nº 6 vemos la forma más simple de un intercambiador.

t1 y t2: temperaturas de entrada y salida del fluido frió.

T1 y T2: temperaturas de entrada y salida del fluido calido.

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CLASES DE INTERCAMBIADORES:

más frecuentes en las industrias. Prácticamente no existe industria en la que no se encuentre un intercambiador de calor, debido a que la operación de enfriamiento o calentamiento es inherente a todo proceso que maneje energía en cualquiera de sus formas. Existe mucha variación de diseños en los equipos de intercambiador de calor.

En ciertas de las ramas de la industria se han desarrollado intercambiadores muy especializados para ciertas aplicaciones puntuales, tratar todos los tipos seria imposible, por la cantidad y variedad de ellos que se puede encontrar. En forma muy general, podemos clasificarlos según el tipo de superficie en:

En la figura Nº 7 se realiza una clasificación de los tipos de intercambiadores los cuales son los más comunes.

Figura Nº 7 Clasificación de Tipos de Intercambiadores INTERCAMBIADORES

I. con tubos

Serpentines sumergidos

De doble tubo

De coraza y haz de tubos

Enfriadores de cascada (Trombones)

I. de superficies

planas

Recipientes encamisados

Intercambiadores placa

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INTERCAMBIADORES DE PLACAS

Figura Nº 8 Esquema de Placas de un Intercambiador.

Los intercambiadores de placas tienen su mayor atractivo en el hecho de que se pueden armar y desarmar con facilidad y se adaptan bien en servicios con líquidos sensibles a la temperatura. Por eso tienen más aplicación en las industrias farmacéuticas y alimentaría.

A diferencia de cualquier otro equipo de intercambiador de calor, los intercambiadores de placa se pueden expandir, es decir se puede aumentar la superficie de intercambio dentro de los límites razonables para aumentar su capacidad. Esto no se puede hacer con los tipos convencionales, excepto en el intercambiador de doble tubo.

Entre sus principales limitaciones podemos citar su rango limitado de presiones y temperaturas operativas y el hecho de que exigen un desarmado y ensamblado muy meticulosos (poniendo especial cuidado en no dañar las juntas) ya que son equipos delicados construidos con chapas delgadas que se tuercen y quiebran muy fácilmente. Las placas se construyen por estampado en frió usando materiales sumamente resistentes a la corrosión como acero inoxidable, titanio, tantalio. Para que los costos sean competitivos con otras clases de intercambiadores los fabricantes se ven obligados a emplear espesores tan finos como 0.5mm lo que hace imprescindible un cuidado extremo en su manipulación.

11 modificaciones indeseables en su composición por efecto del calentamiento

prolongado, en la figura Nº 8 se muestra un esquema de las placas de un intercambiador.

Las placas se fabrican en cuatro tipos de corrugado. Estos denominan “tabla de lavar”, “espina de pescado”, “con insertos” y “de corrugaciones paralelas”.

 En la llamada “tabla de lavar” las ondulaciones son rectas horizontales vistas de frente y transversales a las corrientes. El aspecto es el de una tabla de lavar ropa, origen del nombre corresponde al croquis anterior.

 Otro tipo llamado “espina de pescado” (“espina de arranque”) presenta ondulaciones en forma de flecha partiendo la línea central de la placa. En placas consecutivas las ondulaciones están giradas 180° con el objeto de que entre dos placas haya puntos de apoyo donde se encuentren ondulaciones en distintos sentidos. Esta disposición es mecánicamente más robusta y se consigue una mayor turbulencia que en el tipo anterior.

 En el tipo denominado “con insertos” se intercalan chapas perforadas lisas entre las chapas corrugadas de modo de promover una mayor turbulencia ya que el fluido se ve obligado a circular a través de las perforaciones. Esto hace que el fluido incida sobre las chapas onduladas con un cierto ángulo, lo que disminuye el espesor de la capa laminar debido a que se aumenta mucho la turbulencia. Los insertos se usan exclusivamente para fluidos viscosos.

 En el tipo “de corrugaciones paralelas” las ondulaciones están a 45° con respecto al eje longitudinal de la placa y el fluido las encuentran en dirección normal a su sentido de flujo.

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Figura Nº 10 Como se ve un Intercambiadores de Placas.

Este tipo de aparatos se utilizan mucho en la industria alimentaría y farmacéutica así como en todos los servicios que requieren una limpieza mecánica frecuente. El uso típico habitual es aquel para el cual fue diseñado en la década de 1930, para pasteurizar leche.

En las figuras Nº 9 y 10, se muestran don pueden ser ocupados los intercambiadores así como son físicamente los intercambiadores de placas.

VENTAJAS Y LIMITACIONES DE ESTOS EQUIPOS:

* Ventajas: El equipo se desarma y arma rápidamente, La eficiencia del intercambiador es mayor que en los equipos que usan tubos. Ocupan muy poco espacio comparado con los intercambiadores de casco y tubos.

* Limitaciones: Tiene un rango de temperaturas y presiones más limitado que otros equipos.

No resisten presiones superiores a 7-8 atmósferas manométricas, pudiendo llegar a diseños especiales a 15-20 atmósferas manométricas.

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INTERCAMBIADORES DE TUBOS Y ENCHAQUETADO.

Figura Nº 11 Esquema de un intercambiador de haz de tubos y coraza o enchaquetado.

14 Figura Nº 13 Tapa por donde esta la entrada y salida del agua.

Estos intercambiadores ya no son tan comunes de ver ya que poder realizarlo cuesta mucho, hay que realizar una serie de cálculos para poder fabricarlos como se ven en las fotos este intercambiador es un tubo de un diámetro muy grande, en el cual el interior tiene una serie de tubos por los cuales pasa el producto que queremos elevar o bajar la temperatura, en una de las tapas esta la entrada del producto y en la otra la salida o en su defecto en la misma tapa esta la entrada y salida del producto y esto se denomina como intercambiador de dos pasos, en la figura Nº 11 se presenta un esquema de un intercambiador de haz de tubos o enchaquetado.

En este mismo tubo de diámetro mayor podemos ver que esta la entrada en uno de los extremos por donde debe de entrar el vapor si es que se requiere elevar la temperatura del producto o agua helada si se quisiera bajar la temperatura del producto con el cual se esta trabajando, y por la parte de bajo pero del extremo contrario se encuentra la salida o retorno de los productos ya utilizados o conocidos como condensados y de esta forma es como trabaja un intercambiado de tubos enchaquetados o encamisados.

15 igual forma su mantenimiento de los mismos, con las ventajas encontradas sea

demostrado que es mas barato o redituable tener un intercambiador de placas, ya que si se llegase a perforar un tubo lo mas probable es que el producto se contamine y así como se a dicho es demasiado caro y no convencional trabajar con estos equipos, en las figuras Nº 12 y 13, se muestra un intercambiador de haz de tubos o enchaquetado.

* MATERIALES DE LIMPIEZA: Lo definiremos como toda aquella sustancia o producto que nos ayude a la limpieza del equipo. Los detergentes usados en esta aplicación pueden ser clasificados en sustancias acidas o básicas.

El agente usado comúnmente es el hidróxido sódico (NaOH, “sosa”) en concentraciones del 0.2% al 2%. Este producto reacciona con las grasas depositadas y produce agentes tenso-activos que mejoran el proceso de lavado. Las soluciones ACIDAS, ORGANICAS E INORGANICAS usadas en concentraciones del 0.5% al 2% remueven depósitos de sales, incrustados en el sistema, las cuales se forman en superficies calientes; los ácidos usados normalmente son el acido nítrico (HNO3) 0.5%. En la figura Nº 15 se muestra

un porrón de detergente utilizado para la limpieza de equipos.

También es necesario realizar el paso de desinfección, es decir la agregación del producto desinfectante, las condiciones de este paso es introducir agua en el circuito de tuberías mientras el desinfectante es añadido mediante una bomba dosificadora. Se llenan las tuberías y aclaran tanques con el objetivo de permanecer en líneas hasta la próxima producción, en la figura Nº 14 se muestra un porrón de desinfectante que se utiliza en la limpieza de los equipos.

16 Figura Nº 15 Porrón de sosa cáustica.

* TANQUES: Son depósitos de almacenamiento de productos para líquidos o sólidos, hay de diversas capacidades de tanques según el tamaño y volumen a almacenar, estos tanques pueden ser de diferentes materiales tales como acero al carbón, p.v.c.**, y acero inoxidable, son los materiales mas comunes que se encuentran en el mercado para nuestro caso el utilizado es acero inoxidable ya que la industria alimenticia nos pide que debe utilizarse por las cuestiones de sanidad, acero inoxidable sanitario 316.

Para nuestro interés podemos mencionar que los tanques utilizados pueden ser individuales o bipartidos, es decir que dentro de un mismo tanque de almacenaje se puede dividir en dos, o contener dos espacios a utilizar dentro de un mismo recipiente cerrado. En la figura Nº 16 se presenta una foto de los tipos de tanques que pueden ser utilizados.

* MATERIALES UTILIZADOS: Los materiales utilizados en la industria alimenticia y por cuestiones de normas internacionales nos dice que estos materiales utilizados para los tanques y tuberías o circuitos de tuberías utilizados en toda parte del equipo deben ser de acero inoxidable o acero inoxidable sanitario, ya que es un material que no desprende toxinas o no contamina el producto con la corrosión que se presentaría en cualquier otro material. En la figura Nº 17 se muestra los tipos de materiales que se utilizan para la instalación.

17 Figura Nº 16 Tanques de acero Inoxidable que se usan.

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CAPITULO II ANTECEDENTES DE UN CLEANING IN

PLACE SEMIAUTOMATICO.

2.1 GENERALIDADES DEL (C.I.P.) SEMIAUTOMÁTICO.

El Cleaning In Place semiautomático en su momento fue una de la mejoras que se aplicaba en la industria alimenticia, ya que garantizaba un grado de limpieza satisfactorio y de calidad, pero conforme se va avanzando en la tecnología y la competitividad de los productos, este grado de limpieza no va cumpliendo con los parámetros requeridos, está aplicación del proceso no es tan satisfactorio ya que presentaban dificultades no solo en el proceso de fabricación también en los aspectos de calidad y sanidad.

El proceso de limpieza semiautomático se vuelve costoso ya que requería de más; operadores y de varias horas para poder ser realizado, así como también se tenían más gastos de productos y servicios, tales como: agua, vapor, soluciones, refacciones y el costo del mantenimiento se eleva en forma exponencial, por diversas circunstancias, comúnmente por descuidos de operadores, y esto hace que el proceso fuera cada vez elevándose su costo-beneficio.

2.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA (C.I.P.) SEMIAUTOMÁTICO.

Este proceso en sus inicios y aplicaciones fue redituable y barato, pero al no cumplir con la calidad del proceso y al aumentar el tiempo de limpieza, se volvió más caro para las empresas, ya que al agregar los reactivos para la preparación de las soluciones, no eran las adecuadas ya que se le agregaba reactivo de mas o de menos y no se tenia un control preciso para la preparación de las formulas, este proceso al llevarse acabo en muchas de las operaciones eran manuales, es decir que se preparaban las soluciones en tanques y se calentaban con vapor que entra en contacto directo con las soluciones y de ahí se hacia circular pero no siempre esta cantidad de solución era la necesaria a veces hacia falta solución o sobraba solución en las tanques, se tiraba esta solución sobrante y nada de la solución que se encontraba en las tuberías se recuperaba; por eso este proceso se volvía cada vez más caro tanto en el proceso como el mantenimiento correctivo ya que al no tener una buena planeación del mantenimiento preventivo, por las altas temperaturas que se tenían en las soluciones de limpieza ya que al no tener los parámetros exactos se tendía a pasarse de la temperatura nominal de trabajo y esto hace que se dañaran tanto equipos como piezas de las líneas de producción .

2.3 CLEANING IN PLACE TIPO CONJUNTO.

Descripción de limpieza en sitio (C.I.P.) tipo conjunto:

19 reducción de concentración del líquido limpio, entrega de líquido y

compensación de agua.

Características de limpieza en sitio (C.I.P.)*, tipo conjunto:

Ventajas: Baja inversión de capital, sin necesidad de conocimientos previos y experiencias para los operadores, capacitación apropiada. Deficiencias: Baja automatización, gran inversión para la mano de obra, control de temperatura del líquido limpio no preciso, menos coeficiente de seguridad por la agregación manual de ácido y álcali concentrados, baja eficiencia de producción.

Aplicaciones de limpieza en sitio (C.I.P.) tipo conjunto:

Equipo de primera selección para las fábricas pequeñas de productos lácteos y bebidas, etc. por la inversión pequeña.

2.4 PROBLEMÁTICAS DEL (C.I.P.) SEMIAUTOMÁTICO.

En los sistemas de limpieza semiautomáticos durante su proceso se presentas diversas problemáticas las cuales causan daños a veces muy costosos para la empresa y el costo-beneficio es limitado y estas problemáticas son las siguientes:

 Mala operación.

 Daños de equipos y piezas.

 Mayor mano de operación.

 Tiempos mayores de limpieza, (Tiempos muertos).

 Mal control de la temperatura de las soluciones.

 Mayores gastos de insumos.

 Mayor gasto de servicios.

 Gastos excesivos en refacciones para mantenimiento.

 Una mala planeación.

Es importante mencionar que otra de las problemáticas que se presentan y es común es la seguridad e higiene, ya que se tenia que desarmar tuberías, válvulas en las líneas de proceso, quitar piezas de las llenadoras y de otros equipos flotadores, destapar bombas, empaques, esto genera un riesgo tanto para, los operadores como para los equipos con los que se están trabajando, es decir que el riesgo primordial es para los operadores ya que al no tener las debidas precauciones se tiende a lastimarse o accidentarse, así como también si los operadores por descuido no colocan las piezas que se quitan en un lugar confiable y/o al no colocar bien las piezas al armar los equipos tienden a contaminarse por que se realizan otras actividades de limpieza o de mantenimiento y al estar en contacto con estas piezas o al realizar la limpieza externa de la maquina se salpican y se contaminan.

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2.5 ANALISIS DEL (C.I.P.)*, SEMIAUTOMÁTICO.

Al realizar un análisis de este proceso se llega a la conclusión de que este proceso no es tan eficiente como se decía ya que al final se tenia un mayor consumo de tiempo, de productos, servicios así como se tenían mas problemas al arranque de las líneas por que al no ser bien armadas las piezas o tuberías se presentan fugas y esto a su ves provocan daños a equipos, y estos daños que se presentan tienden a retrazar la producción, así como también se presenta la probabilidad de que se contamine el producto y este se tenga que tirar así como la producción ya realizada.

Si seguimos analizando todos los efectos del proceso no son los únicos aspectos pero si los mas apreciables, también es necesario decir que el costo beneficio por estas cuestiones no es el esperado o el deseado por los gerentes de las áreas, ya que se tiene un gran desperdicio y un mayor gasto, que las ganancias obtenidas por la producción.

2.6 NECESIADEADES QUE SE TIENEN EN UN (C.I.P.)

SEMIAUTOMÁTICO.

Las necesidades que se tenían en el proceso semiautomático eran cada vez mayores, es decir: mas mano de obra para poder cubrir todas las etapas del proceso, mayor gasto de servicios e insumos de limpieza tales como: sosa, acido, sanitizante. Mayor tiempo para realizar la limpieza de los equipos, se ve claramente que va en aumento todos los gastos y tiempos, es necesario reducir todos estos tiempos y gastos. Es necesario mencionar que las necesidades en el proceso semiautomático van en aumento cada vez mayor y estas necesidades se clasifican en:

 Mayor tiempo de limpieza.

 Mayor consumo de servicios.

 Mayor consumo de insumos.

 Más tiempo hombre (hora-hombre).

 Paro de línea.

 Menor tiempo de producción en líneas.

 Riesgo de mala calidad en la producción.

Decimos que las necesidades son reducir todos aquellos puntos ya mencionados, y con esta reducción se tendera a aumentar el costo beneficio de las líneas de producción es decir que entre menor gente y mayor tiempo de producción se tendrá mayor ganancia y el costo beneficio es mayor por cada día de producción continuo.

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2.7 GENERALIDADES DEL MANTENIMIENTO.

En base a los resultados obtenidos en pruebas realizadas a los equipos, se tendrán los argumentos suficientes para tomar la decisión de mantener en funcionamiento el equipo o si fuera necesario parar este equipo en operación que requiera mantenimiento.

Ya que se puede realizar el mantenimiento con el equipo en operación siempre y cuando el mantenimiento garantice que no saca de operación al equipo y si en el área donde se va realizar el mantenimiento no tuviese válvulas para desviar flujos etc., se toma la firme decisión de sacar de operación el equipo para poder realizar las reparaciones requeridas para el buen funcionamiento del equipo durante el proceso requerido.

Para el mantenimiento del equipo, es necesario considerar los

aspectos siguientes:

a) Archivo adecuado, análisis de resultados obtenidos en inspecciones y pruebas, aunadas a las condiciones operativas del equipo.

b) Establecer las necesidades de mantenimiento para el conjunto del equipo o en su defecto para cada equipo que integra a toda maquinaria.

c) Formular las actividades de los programas de mantenimiento del equipo o equipos requeridos.

d) Determinar actividades con prioridad de mantenimiento para cada equipo en particular.

e) Se debe de contar con el personal competente para realizar las actividades de mantenimiento al equipo y establecer métodos para su control.

2.8 LOS TIPOS DE MANTENIMIENTO QUE HAY.

Mejorando las técnicas de mantenimiento, se lograra una productividad mayor y se reducen los costos del mismo. Los tipos de mantenimiento que se pueden aplicar al equipo o a los equipos que integren la maquinaria ya sea en operación o fuera de operación, son los siguientes:

MANTENIMIENTO CORRECTIVO.

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MANTENIMIENTO PREVENTIVO.

Las actividades del mantenimiento preventivo tiene la finalidad de impedir o evitar que el equipo falle durante el período de su vida útil (figura Nº 16. Curva de vida del equipo) y la técnica de su aplicación, se apoya en experiencias de operación que determinan que el equipo después de pasar el período de puesta en servicio reducen sus posibilidades de falla.

MANTENIMIENTO PREDICTIVO.

El tipo de mantenimiento predictivo tiene como finalidad combinar las ventajas de los dos tipos de mantenimiento anteriores; para lograr el máximo tiempo de operación del equipo se aplican técnicas de revisión y pruebas más avanzadas (control estadístico del proceso), requiere de controles rigurosos para su aplicación y ejecución.

El mantenimiento predictivo se basa en que el equipo, después de pasar su período de puesta en servicio, reduce sus posibilidades de falla y comienza o se encuentra dentro de su período de vida útil, posteriormente el equipo envejece y crecen sus posibilidades de falla. El mantenimiento predictivo tiende a reducir la cantidad de trabajos a realizar durante el periodo de vida útil, con solamente aplicarlo cerca del final de este período.

En la figura Nº 18 se muestra una curva de vida útil para los equipos que son utilizados en la industria, esta curva es aplicable para todos los equipos que estén dentro de una industria.

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CAPITULO III PROPUESTA DE APLICACIÓN DE UN

CLEANING IN PLACE AUTOMATICO.

3.1 GENERALIDADES DEL CLEANING IN PLACE.

¿A que se llama sistemas de limpieza (C.I.P.)*?

Es un sistema de limpieza que se basa en la circulación automática en forma turbulenta del líquido limpiador en las concentraciones que corresponda por dentro de las tuberías llegando a diferentes piezas que posea un equipo sin necesidad de demostrarlo. El proceso se puede controlar automáticamente desde una central (C.I.P.), que es el corazón del sistema, y distribuye los líquidos limpiadores para desarrollar las diferentes etapas que se hayan fijado.

La higiene es fundamental en la producción de alimentos. Cleaning In Place (C.I.P.), es un procedimiento moderno y económico para limpiar de modo confiable y rápido instalaciones de procesos.

Todas las partes de la instalación en contacto con el producto como son tuberías, depósitos e intercambiadores de calor se limpian con diferentes detergentes, que en la norma son agua, acido y lejía; optimo de limpieza, la concentración, temperatura y la velocidad de flujo de los detergentes de debe controlar continuamente manteniendo un valor exacto previsto de antemano.

Este procedimiento causa gastos de inversión mas elevados, sin embargo ahorra gastos de producción a causa de la reutilización. Además contamina menos el medio ambiente en comparación con la “limpieza a perdida”.

Los siguientes parámetros desempeñan un papel decisivo

para saber como ordenar o dimensionar un sistema (C.I.P.).

¿Qué productos se preparan en la instalación de un proceso que tiene que ser limpiado?

¿Cuántas instalaciones deben ser limpiadas al mismo tiempo?

¿Qué partes de la instalación tienen que ser limpiadas?

Estas indicaciones forman la base para la concepción de su instalación (C.I.P.), especialmente para:

La definición de los programas de limpieza.

La determinación de los circuitos de limpieza necesarios.

El calculo del tamaño de cada depósito.

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3.2 ALGUNOS TIPOS DE CLEANING IN PLACE.

PROCEDIMIENTO PARA LLEVAR ACABO EL C.I.P.*

DE UNA PLANTA DE ALIMENTOS LINEA Nº __________.

C.I.P. POR

ARRASTRE En este C.I.P. se debe de realizar cada 8 hrs. Por norma ya sea por tiempo cumplido, solo se hace si se va a seguir trabajando con el mismo producto o si se presentaran los siguientes. Valores de operación si el valor de las pruebas es de 0.5>0.7 se debe realizar pero si el valor es mayor se debe de pasar al siguiente paso del C.I.P.

C.I.P. CORTO EN FRIO

Este C.I.P. se debe de realizar cada 16 hrs. Por norma ya sea por tiempo cumplido y este se debe realizar si se va a seguir trabajando con el mismo producto o si se va realizar cambio o si en el muestreo presenta los sigs. Valores de operación si el valor de las pruebas es de 1.0>1.2 se debe realizar pero si se encontrara que el valor es mayor al designado se debe de pasar al siguiente paso del C.I.P.

C.I.P. CORTO EN CALIENTE

Este C.I.P. se debe de realizar cada 24 hrs. Por norma ya sea por tiempo cumplido o por tiempo de trabajo continúo y este se debe realizar si se va a seguir trabajando con el mismo producto o si se va realizar cambio de producto o si en el muestreo presenta los sigs. Valores de operación si el valor de las pruebas es de 1.5>1.7 se debe realizar pero si se encontrara que el valor es mayor al designado se debe de pasar al siguiente paso del C.I.P.

C.I.P. LARGO EN FRIO

En este C.I.P. se debe de realizar cada 48 hrs. Por norma ya sea por tiempo cumplido de trabajo, solo se hace si se va a seguir trabajando con el mismo producto o si se debe de realizar cambio se presentaran los siguientes. Valores de operación si el valor de las pruebas es de 2.0>2.2 se debe realizar pero si el valor es mayor se debe de pasar al siguiente paso del C.I.P.

C.I.P. LARGO EN CALIENTE

Este C.I.P. se debe de realizar cada 72 hrs. Por norma ya sea por tiempo cumplido o por tiempo de trabajo continúo y este se debe realizar si se va a seguir trabajando con el mismo producto o si se va realizar cambio de producto o si en el muestreo presenta los siguientes. Valores de operación si el valor de las pruebas es de 2.5>2.7 se debe realizar pero si se encontrara que el valor es mayor al designado se debe de pasar al siguiente paso del C.I.P. este se realiza sin excusa

Tabla Nº 1 Tabla para realizar los diferentes (C.I.P.) en plantas.

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3.3 CLEANING IN PLACE TIPO SEPARADO.

Descripción de limpieza en sitio, tipo separado:

La limpieza en sitio (C.I.P.)*, tipo separado adopta un calentamiento automático, controlador de temperatura para ajustar la temperatura de limpieza y una válvula de regulación de vapor para limitar la cantidad de vapor, así para mantener el líquido limpio en una temperatura ideal. El equipo cuenta con una alarma automática para el nivel de líquido en los tanques. Cuando la concentración del líquido limpio no alcanza el estándar, la acidez y álcali concentrados se agregan por la bomba de diafragma neumática. La entrega del líquido (C.I.P.) y la compensación del agua son operadas manualmente.

Características de limpieza en sitio, tipo separado:

1. Control de temperatura del líquido limpio preciso y fácil. 2. Brinda más seguridad usando la bomba de diafragma.

3. El control automático de temperatura y la alarma del nivel de líquido reducen el costo de producción.

Aplicaciones de limpieza en sitio (C.I.P.), tipo separado:

3.4 POR QUE IMPLEMENTAR ESTE PROCESO.

Por el simple hecho de realiza un análisis de este proceso a fondo y tener en cuanta que se tiene una reducción de gastos, tiempos, de mano de obra, servicios, la posibilidad de poder re circular nuevamente las soluciones y recuperación de las misma, también con el hecho de que se reduce el costo de mantenimiento. Este proceso se hace atractivo para las empresas ya que si en un (C.I.P.), semiautomático se necesitaba más de un especialista para realizar el mantenimiento, y si en el proceso automático se requiere tal vez de un especialista y un técnico, el costo del mantenimiento es menor, y el costo beneficio para la empresa es mayor.

Es importante mencionar que para poder ser competitivos en los mercados nacionales y extranjeros, se debe de contar con la mas avanzada tecnología para realizar el proceso de limpieza y así se garantiza una mejora en la producción de los productos, mayor calidad en los mismos, reducir costos y al conjuntar todas estas acciones se garantiza que el producto fabricado puede competir contra otros productos. Es importante mencionar que la seguridad e higiene aumenta con el simple hecho de que ya no se tiene que realizar desmontajes de varias piezas y esto hace que no se ponga en riesgo la integridad de los operadores ni de los equipos, y esto se refleja en que hay cada ves menos accidentes de trabajo y menor daño a los equipos.

*C.I.P.: Cleaning In Place (Limpieza en sitio)

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3.5 DESCRIPCIÓN DE LA MEJORA DEL (C.I.P.)* AUTOMATICO.

En este proceso aplicado se tienen diversas mejoras tales como, reducción de tiempos en paros de las líneas, también se nota la reducción de gastos tanto de insumos como de servicios, es decir que los gastos de insumos reducen hasta en un 40%, los gastos de servicios se reducen hasta en un 30%, así también se reduce el costo del mantenimiento correctivo de los equipos instalados en la línea de producción. Con el simple hecho de decir que se presentan mayores beneficios en la producción es una mejora, ya que al reducir en un 50% los tiempos de paros por limpieza, esto se refleja en incrementar el tiempo de producción. La mejora que presenta este proceso es el ahorro de diversos gastos, una mayor productividad de las líneas de proceso, así como una mejor calidad en los servicios y en el producto elaborado.

En simples palabras podemos definir a la mejora:

Mejora = + calidad => + productividad.

Con la tecnología automatizada en el (C.I.P.) es decir equipos que realizan el proceso, en un menor tiempo y se puede auto supervisarse por medio de un sistema de control distribuido por el mismo equipo y con un mínimo porcentaje error.

Se debe de tener en cuenta que todos estos parámetros requeridos están en un programa y el cual se encarga de que se lleven acabo cada paso del (C.I.P.) y también debemos tener en cuenta que podemos variar estos parámetros de trabajo según las necesidades requeridas en las líneas del proceso, tomando en consideración que puede ser aplicable para cualquier tipo de línea de producción ya sea de forma manual, semiautomático y automático como en nuestro caso de estudio.

3.6 DATOS TÉCNICOS DE EQUIPO.

Los datos técnicos son o puede ser toda aquella información útil que nos pueda aportar valores o características especificas o necesarias para el calculo de equipos que se necesitan así como saber todas aquellas características necesarias sobre los equipo tales como:

Temperaturas de operación del proceso o de las partes del proceso ya que es muy importante tener un control en esta parte ya que la eficiencia del (C.I.P.),* va muy de la mano con respecto a la temperatura adecuado.

Presiones del vapor par saber o identificar si tenemos presencia del mismo, así como la presión que tenemos en tuberías de agua para saber o tener un dato de cuanta agua esta circulando a trabes de estos conductos o circuitos.

27 Flujos es de importancia para saber el valor que tenemos de cual es el flujo de

líquidos que circula a trabes de estos equipos.

Turbidez del agua que debe pasar o circular a trabes de estas tuberías o a trabes de todo aquel equipo que este en contacto con los productos ya que esta turbidez nos ayuda para la limpieza de las tuberías.

Bombas con las bombas debemos de dar la turbidez necesaria o requerida par el movimiento del agua a trabes de las tuberías y esto se logra con las diferentes velocidades o eficiencia de trabajo de las bombas y esto se logra con los variadores de velocidad para las bombas.

Diámetros de las tuberías de trabajo ya que también es importante saber el diámetro de las tuberías para tomar en cuenta si la potencia de la bomba es la adecuada para poder conseguir la turbulencia adecuada.

3.6.1 DATOS A CONSIDERAR.

Velocidad de flujo: normalmente hasta un máximo de 3 m / s.

 Caudal: normalmente hasta 140 m³ / h y 10 bar.

 Número de los tanques: en función de los volúmenes de detergente un

desinfectante - este número rara vez supera los 8 tanques por sistema.

 Volumen de los tanques: en función del volumen efectivo necesario para

la limpieza de las tuberías, tanques, etc.

 Número de circuitos (C.I.P.)*: la planta en función de las zonas a limpiar y

la disponibilidad requerida.

 Limpieza de los medios de comunicación común: cáustica, ácidos,

desinfectantes, agua de retorno, el agua dulce.

 ¿Nivel de limpieza requerido?

 ¿El tiempo de limpieza disponible?

 ¿El tipo de medio de limpieza?

 ¿Si el detergente reciclado se puede utilizar?

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PARAMETROS DE LIMPIEZA EN SITIO (C.I.P.)*.

Modelo SCIP-0.5 SCIP-0.8 SCIP-1

Tanque para

ácido 500L 1000L 1500L

Tanque para

álcali 500L 1000L 1500L

Tanque para

agua 500L 1000L 1500L

Caudal de

bomba 10m3/h 15m3/h 20m3/h

Sustentación

de bomba 36m 36m 36m

Potencia de

bomba 2.2kw 4kw 5.5kw

Placa

calentada 6m2 8m2 10m2

Dimensiones 2900*1000*1700mm 3000*1200*1850mm 3200*1400*2000mm

Peso 350kg 420kg 480kg

Tabla Nº 2: en la siguiente tabla se muestran algunos parámetros del (C.I.P.).

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3.6.2 CARACTERISTICAS TÉCNICAS.

Incorpora dos depósitos isotermos de 400 L de capacidad unitaria.

Resistencia eléctrica de 12kW en un depósito para calentamiento de productos hasta 85ºC.

Producción: 2000 L/H.

Presión de trabajo: 2 bares.

Equipo construido enteramente en acero inoxidable.

Potencia total instalada 16 Kw.

3.6.3 OTRAS OPCIONES.

Además de los equipos estándares, se pueden construir equipos medida según las necesidades específicas que se deseen cubrir.

Los equipos pueden ser manuales o automáticos.

La capacidad de los equipos puede oscilar entre 200 y 5000 L (o más según las necesidades específicas).

La producción puede llegar hasta 20.000 L/H o más, según necesidades. El retorno puede efectuarse mediante una bomba auto aspirante como accesorio.

Los sistemas de calentamiento pueden efectuarse también a través de intercambiador de calor, necesitando solo vapor de red, u otros.

Posibilidad de interconexión con otros automatismos.

Posibilidad de atención a distancias mediante MODEM.

Posibilidad de obtención de información de los procesos, tiempos de limpieza, etc.

3.7 TLABLA DE COMPROBACIÓN DE TIEMPOS DEL (C.I.P.)* Y

REGISTRO DE DATOS.

Las tablas de comprobación de tiempos se pueden llevar de dos formas una es la bitácora que lleva el encargado de calidad de limpieza y la otra es de forma automática es decir que el mismo sistema tiene un registro de datos que va guardando en la memoria que tiene en la pantalla táctil, es decir que cada vez que corresponde realizar (C.I.P.), al equipo o cuando lo esta realizando guarda datos tales como:

30 Fecha de realización, hora de inicio, tiempo y tipo del (C.I.P.)*,

realizado en equipo, así como con el producto que esta trabajando, que línea entra a (C.I.P.).

Todos estos datos que se guardan en la memoria del equipo son necesarios para el registro de limpieza que se lleva dentro de las políticas de calidad así como sirve para saber los muestreos que se realizan antes y durante el Cleaning en Place, realizado en una línea determinada ya que con toda esta información el departamento de calidad tiene la información necesaria y basta para poder pasar las auditorias que se realizan a las líneas de producción.

La forma de guardar los datos son de la siguiente forma; la forma rustica es llenando un formato cada ves que un equipo se le realiza el (C.I.P.), y la segunda que es mas sofisticada el P.L.C.*** tiene una memoria que va guardando estos datos en la memoria o se puede realizar una configuración donde va registrando en una computadora todos estos datos.

En la figuras Nº 19 se muestra un diagrama de cómo se realizan las capturas de tiempos y datos de forma automatizada, en la figura Nº 20 se muestra un formato para llevar los datos.

Figura Nº 19 Diagrama de cómo se realiza la captura de tiempos del Cleaning in Place.

* C.I.P.: Cleaning In Place (Limpieza en sitio)

*** P.L.C.: Program Logic control (Controlador Lógico Programable)

Personal con bitácora o

formatos

Línea a realizar C.I.P. y tiempos

del mismo

Memoria del

P.L.C. para mandar a Configuración computadora Cuarto de

31 Figura N° 20 Formato de registro de limpieza para líneas.

3.8 LOS DIFERENTES PASOS DEL (C.I.P.)*.

Los diferentes pasos del Cleaning In Place. Sabemos que son 5 diferentes que se manejan dentro de la empresa, son los mas usuales dentro del ramo de la elaboración de jugos y refrescos estos pasos, estas etapas están regidas por normas de calidad las cuales nos indican que tipo de (C.I.P.), se debe de realizar y cada cuando se realiza, ya que independientemente el (C.I.P.) largo en caliente se debe realizar en todos los equipos cada determinado tiempo y este tiempo por lo regular es cada 72 horas cuando se aplica este tipo de Cleaning In Place, y estos tipos de limpieza son los siguientes:

3.8.1 (C.I.P.) POR ARRASTRE.

Este Cleaning In Place por arrastre se debe realizar cada 8 horas por promedio y las condiciones para poder realizarlo es después de a ver tomado las muestras se analizan y se debe realizar y el tiempo promedio de duración es de 20 minutos, ya que si se va a seguir trabajando con el mismo sabor del producto se debe realizar para evitar la generación de bacterias, hongos o cualquier otro contaminante.