Tecnología de alimentos
Tecnología de alimentos
MP
A. Casp Vanaclocha
Diseño
de industrias
agroalimentarias
Diseño
de industrias
agroalimentarias
DISEÑO
DE INDUSTRIAS
AGROALIMENTARIAS
DISEÑO
DE INDUSTRIAS
AGROALIMENTARIAS
ANA CASP VANACLOCHA
Dra. Ingeniero Agrónomo Catedrática de Tecnología de Alimentos Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos
Universidad Pública de Navarra
Ediciones Mundi-Prensa
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IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN Imprime: Artes Gráficas Cuesta, S. A. Seseña, 13. 28024 Madrid © 2004, Ana Casp Vanaclocha
© 2004, Ediciones Mundi-Prensa Depósito Legal: M. 42.222-2004 ISBN: 84-8476-219-X
Índice
Importancia del diseño de industrias . . . . 17
1. El desafío de la competitividad de la empresa . . . . 17
2. El desafío de la calidad de los productos . . . . 18
3. Función del diseño de plantas de procesado . . . . 19
4. Las industrias agroalimentarias . . . . 24
PARTE I CONCEPTOS PREVIOS Capítulo I. PLANTAS DE PROCESADO DE ALIMENTOS . . . . 29
1. Introducción . . . 29 1.1. Sistema de proceso . . . 29 1.2. Sistemas auxiliares . . . 29 1.3. Edificaciones . . . 30 2. Sistema de proceso . . . 30 3. Sistemas auxiliares . . . 30
3.1. Sistemas de manejo de materiales . . . 31
3.2. Sistemas de manejo de energía . . . 32
3.3. Sistemas de control . . . 33
3.4. Sistemas de servicios . . . 33
4. Edificaciones . . . 33
PARTE II
DEFINICIÓN DE LA ACTIVIDAD INDUSTRIAL Capítulo II. PLANIFICACIÓN DE UNA ACTIVIDAD
INDUS-TRIAL . . . . 39
1. Fases de desarrollo de una actividad industrial . . . 39
2. Planificación de una actividad industrial . . . 41
2.1. Definición del producto y del proceso productivo . . . 41
2.2. Localización o ubicación . . . 41
2.3. Proyecto de una planta industrial . . . 42
2.4. Construcción e instalaciones . . . 42
3. Localización . . . 43
3.1. Estudio de los parámetros económicos . . . 43
3.2. Estudio de los parámetros técnico-económicos de los lugares ele-gidos . . . 43
3.3. Estudio de parámetros legales . . . 45
Capítulo III. SISTEMAS DE PROCESO . . . . 47
1. Estudios previos . . . 47
2. Estudio del producto . . . 48
3. Estudio de las materias primas . . . 49
4. Estudios previos de alternativas de tecnología e ingeniería . . . 51
4.1. Planteamiento de alternativas . . . 51
4.2. Evaluación de alternativas . . . 51
4.3. Selección del diseño . . . 52
4.4. Definición a nivel de ingeniería de detalle . . . 52
5. Representación gráfica del sistema de proceso . . . 53
5.1. Diagramas de flujo . . . 54
6. Balances de materia y energía . . . 60
PARTE III DISTRIBUCIÓN EN PLANTA Capítulo IV. DISTRIBUCIÓN EN PLANTA . . . . 67
1. Evolución histórica . . . 67
3. Principios básicos de la distribución en planta . . . 71
3.1. Principio de la integración de conjunto . . . 71
3.2. Principio de la mínima distancia recorrida . . . 71
3.3. Principios de la circulación o flujo de materiales . . . 72
3.4. Principio del espacio cúbico . . . 72
3.5. Principio de la satisfacción y de la seguridad . . . 72
3.6. Principio de la flexibilidad . . . 73
4. Factores que afectan a la distribución en planta . . . 73
5. Naturaleza de los problemas de distribución en planta . . . 80
5.1. Proyecto de una planta completamente nueva . . . 81
5.2. Expansión o traslado a una planta ya existente . . . 81
5.3. Reordenación de una distribución ya existente . . . 81
5.4. Ajustes menores en distribuciones ya existentes . . . 81
6. Sistemática de la distribución en planta . . . 82
Capítulo V. RECOGIDA DE INFORMACIÓN . . . . 87
1. Datos básicos necesarios . . . 87
2. Elementos básicos de la distribución en planta . . . 88
2.1. Producto . . . 88 2.2. Cantidad . . . 88 2.3. Recorrido . . . 89 2.4. Servicios . . . 89 2.5. Tiempo . . . 89 3. Análisis Producto-Cantidad . . . 89
Capítulo VI. ANÁLISIS DE RECORRIDO DE LOS PRODUCTOS . . 93
1. Introducción . . . 93
2. Flujo de materiales-Análisis de recorrido de los productos . . . 94
3. Símbolos estándar en planificación . . . 96
4. Diagrama de recorrido sencillo . . . 97
5. Diagrama multiproducto . . . 100
Capítulo VII. RELACIÓN ENTRE ACTIVIDADES . . . 103
1. Introducción . . . 103
2. Tabla relacional de actividades . . . 104
3. Procedimiento para establecer la Tabla Relacional de Actividades . 109 4. Ajuste de los procedimientos de clasificación . . . 110
Capítulo VIII. DIAGRAMA RELACIONAL DE RECORRIDOS Y/O ACTIVIDADES . . . 113
1. Introducción . . . 113
2. Relaciones basadas en factores de flujo . . . 116
3. Combinación de relaciones de flujo y de no flujo . . . 117
4. Diagrama relacional de recorridos y/o actividades . . . 119
Capítulo IX. NECESIDADES Y DISPONIBILIDAD DE ESPACIOS. DIAGRAMA RELACIONAL DE ESPACIOS . . . 123
1. Introducción . . . 123
2. Determinación de espacios . . . 123
2.1. La implantación aproximada . . . 125
2.2. La tendencia de los ratios . . . 125
2.3. Las normas de espacio . . . 125
2.4. El cálculo . . . 127
2.5. La conversión . . . 129
3. Disponibilidad de espacios . . . 130
4. Diagrama relacional de espacios . . . 130
5. Factores influyentes . . . 132 5.1. Factor material . . . 133 5.2. Factor maquinaria . . . 134 5.3. Factor hombre . . . 134 5.4. Factor movimiento . . . 135 5.5. Factor espera . . . 136 5.6. Factor servicio . . . 136 5.7. Factor edificio . . . 137 5.8. Factor cambio . . . 137 6. Limitaciones prácticas . . . 137
Capítulo X. GENERACIÓN DE ALTERNATIVAS DE
DISTRIBU-CIÓN EN PLANTA . . . 139
1. Introducción . . . 139
2. Métodos de generación de layouts . . . 140
2.1. Algoritmos de construcción . . . 141 2.1.1. CORELAP . . . 141 2.1.2. ALDEP . . . 146 2.2. Algoritmos de mejora . . . 149 2.2.1. CRAFT . . . 149 3. Herramientas informáticas . . . 150
Capítulo XI. EVALUACIÓN Y SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE DISTRIBUCIÓN EN PLANTA . . . 155
1. Introducción . . . 155
2. Evaluación y selección . . . 156
2.1. Análisis de las ventajas e inconvenientes . . . 157
2.2. Análisis de los factores ponderados . . . 158
2.3. Comparación de costes . . . 161
3. Ingeniería de detalle . . . 162
PARTE IV APLICACIÓN A LAS INDUSTRIAS AGROALIMENTARIAS Capítulo XII. CONDICIONANTES EN LAS INDUSTRIAS AGRO-ALIMENTARIAS . . . 165
1. Introducción . . . 165
2. Control de riesgos . . . 165
3. Los equipos . . . 174
4. Relaciones funcionales . . . 174
5. Estimación de las superficies y de los volúmenes de producción . . . . 178
5.1. Selección de las tecnologías y restricciones . . . 178
5.2. Agrupamientos y estimación de las superficies y volúmenes . . . . 179
5.3. Control de los ambientes . . . 180
5.4. Distribución de las zonas . . . 182
Capítulo XIII. ORGANIZACIÓN DE LA PLANTA INDUSTRIAL . . 189
1. Los flujos . . . 189
2. Dimensionado y organización del edificio . . . 191
3. Metodología de organización del edificio . . . 193
3.1. Fábrica lineal . . . 196
3.2. Fábrica en «L» . . . 196
3.3. Fábrica en «U» . . . 197
3.4. Fábrica gravitacional . . . 197
4. Organización del plan general . . . 199
5. Organización del plan de conjunto . . . 200
6. Organización de la circulación del personal . . . 201
Capítulo XIV. DISEÑO DE ALMACENES . . . 203
1. Introducción . . . 203
2. Condiciones del almacenamiento de productos alimentarios . . . 204
3. Almacenes de productos terminados . . . 205
4. Tipos de almacenamiento . . . 206
PARTE V DISTRIBUCIÓN EN PLANTA A NIVEL DE DETALLE Capítulo XV. FLUIDOS Y ENERGÍAS EN LAS INDUSTRIAS AGROALIMENTARIAS . . . 215 1. Introducción . . . 215 2. Las energías . . . 215 2.1. Aspectos cuantitativos . . . 217 2.2. Aspectos cualitativos . . . 218 2.3. Evaluación financiera . . . 220
2.4. Organización del edificio en función de los consumos energéticos 220 . . . . 2.5. Elección de la fuente energética . . . 221
2.5.1. Ventajas de la electricidad . . . 221
2.5.2. Ventajas del gas natural . . . 222
3. Especificidades de algunos fluidos . . . 223
3.1. Agua . . . 223
3.1.1. Elección de una fuente de aprovisionamiento . . . 225
3.1.2. Tratamiento del agua bruta . . . 226
3.1.3. Utilizaciones del agua potable . . . 226
3.1.4. Procesos corrientemente utilizados para el saneamiento del agua . . . 228
3.1.5. Características recomendadas para las centrales de trata-miento de agua . . . 229
3.1.6. Los circuitos del agua . . . 230
3.1.7. Características recomendadas para los circuitos de distri-bución . . . 231
3.1.8. Estudio técnico de los sistemas de producción de agua . . 231
3.1.9. Vertidos líquidos . . . 232
3.2. Vapor . . . 232
3.3. Aire comprimido . . . 233
3.4. Fluidos frigorígenos . . . 235
3.5. Gases especiales . . . 238
Capítulo XVI. DISEÑO HIGIÉNICO DE EQUIPOS Y SISTEMAS AUXILIARES . . . 243 1. Introducción . . . 243 2. Materiales . . . 244 2.1. Acero inoxidable . . . 245 2.2. Aluminio . . . 246 2.3. Cobre y aleaciones . . . 247
2.4. Aleaciones de níquel y de cobalto . . . 247
2.5. Materiales poliméricos . . . 248
2.6. Materiales no utilizables . . . 248
3. Principios básicos de diseño higiénico de equipos en contacto con ali-mentos . . . 248
3.1. Materiales inertes . . . 248
3.2. Superficies en contacto con el alimento . . . 248
3.3. Accesibilidad . . . 249
3.4. Drenaje . . . 249
3.5. Superficies exteriores . . . 249
4. Diseño higiénico de los sistemas auxiliares en contacto con los ali-mentos . . . 250
4.1. Tuberías y conducciones . . . 250
4.3. Bombas . . . 251
4.4. Tanques . . . 252
4.5. Instalaciones eléctricas . . . 253
4.6. Iluminación . . . 254
4.7. Cámaras frigoríficas . . . 254
Capítulo XVII. HIGIENE AMBIENTAL . . . 255
1. Lucha contra la aerobiocontaminación . . . 255
2. Orígenes humanos de la biocontaminación . . . 256
2.1. Origen rinofaríngeo . . . 256
2.2. La contaminación cutánea . . . 256
2.3. Transferencia de los biocontaminantes . . . 258
3. Higiene ambiental . . . 259
3.1. Filtración del aire . . . 259
3.1.1. Clasificación de los locales con cantidad de polvo contro-lada . . . 262
3.1.2. Clases de contaminación biológica . . . 263
3.2. Ventilación . . . 264
3.2.1. Ventilación natural . . . 264
3.2.2. Ventilación forzada . . . 265
3.2.2.1. Sistemas de extracción-Depresión . . . 265
3.2.2.2. Sistemas de alimentación de aire por inyección-Sobre-presión . . . 265
3.2.2.3. Sistemas combinados de extracción-inyección-Presión uniforme . . . 266
3.2.3. Situaciones en la ventilación . . . 266
3.2.3.1. Renovación ambiental . . . 267
3.2.3.2. Ventilación localizada . . . 267
4. Concepción de las zonas y del tratamiento del aire asociado . . . 268
5. Salas microbiológicamente controladas . . . 269
6. Radiaciones ultravioletas . . . 272
Capítulo XVIII. PERSONAL: ENTORNO DE TRABAJO E HIGIENE 273 1. Introducción . . . 273
2. Entorno de trabajo . . . 273
2.1. Seguridad . . . 274
3. Personal e higiene . . . 276
3.1. Concepción del edificio y circulación de las personas . . . 277
3.2. Concepción e implantación en el edificio de vestuarios, sanitarios, duchas, y puestos de lavado de manos . . . 278
3.2.1. Condiciones de acceso del personal . . . 278
3.2.2. Vestuarios . . . 279
3.2.3. Sanitarios y duchas . . . 281
3.2.4. Lavamanos . . . 281
3.2.5. Pediluvios . . . 282
3.3. Comportamiento higiénico y salud del personal . . . 282
Capítulo XIX. DISEÑO GENERAL DEL EDIFICIO . . . 283
1. Introducción . . . 283
2. Aspectos funcionales . . . 284
3. Características de los locales de producción . . . 284
3.1. Paredes . . . 285 3.2. Columnas . . . 287 3.3. Techos . . . 287 3.4. Tejados y exteriores . . . 288 3.5. Suelos . . . 288 3.6. Desagües . . . 289 3.7. Puertas y ventanas . . . 290 3.8. Iluminación . . . 290
4. Áreas exteriores del edificio . . . 291
Importancia del diseño de
industrias agroalimentarias
1.
EL DESAFÍO DE LA COMPETITIVIDAD
DE LA EMPRESA
Alguna vez nos hemos preguntado por qué los productos elaborados por algunas industrias presentan ventajas competitivas, en cuanto a costes, con res-pecto a los producidos en otras. Mientras que muchas industrias ejercen un buen control de sus costes directos y saben cómo rebajarlos, muy pocas tienen conocimiento de sus costes indirectos y mucho menos de cómo reducirlos.
No es un secreto que el mundo de hoy día es mucho más competitivo que el de hace unos años. En la primera mitad del siglo XX una gran parte de los productos elaborados eran utilizados por los consumidores en su propio país. Esta situación, generalmente se mantuvo desde los últimos años de la década de los 40, después de la Segunda Guerra Mundial, hasta principios de los años 60. A partir de estas fechas se produjo un cambio importante en la amplitud del mundo productivo.
Hoy día, ya en el siglo XXI, en los mercados de los países desarrollados, se encuentra una amplia gama de productos no elaborados en el propio país. Se han producido cambios importantes en la base productiva que llevan a la industria a convivir con el reto de la competitividad. El mundo continúa haciéndose efectivamente cada vez más pequeño, con muchos más competido-res que en otros tiempos.
Estos cambios obligarán a las industrias a ser mucho más eficientes sobre una base continua, no se trata simplemente de una cuestión de costes de pro-ducción altos o bajos, es una verdadera cuestión de supervivencia.
Las industrias que desean competir en una economía global no pueden ignorar durante mucho tiempo los «costes» de funcionamiento derivados de un diseño poco eficiente de su planta. En un mundo de competencia deben anali-zarse todos los posibles caminos hacia la reducción de costes. En muchas
industrias es ya difícil conseguir una ventaja frente a la competencia en cual-quiera de los principales factores, los materiales, la maquinaria, los métodos de distribución e incluso los salarios, cada vez están más estandarizados, es nece-sario asegurar, por tanto, los márgenes de beneficio a través de los detalles que afectan al coste. Uno de estos importantes detalles es el diseño eficiente de la planta.
Un diseño deficiente de la planta industrial es una fuente de constantes pér-didas para la empresa. Los costes de un buen diseño de la instalación son los mismos o muy poco superiores a los de una instalación deficiente. Si el equipo empleado es el mismo, el coste adicional de un buen diseño es solamente el gasto del estudio necesario para desarrollarlo.
Pero la economía resultante es una economía constructiva, se acumula día tras día, mes tras mes, año tras año; evidentemente por la misma razón, las pér-didas causadas por un diseño deficiente son también acumulativas.
La implantación de una industria supone una inversión importante y debe funcionar al menos durante los 20 años que puede suponer su amortización. Los gastos de producción y los precios de venta pueden presentar grandes variaciones, según el modelo elegido, es muy importante por tanto, no equivo-carse en las grandes líneas del diseño y no efectuar falsas economías en la fase de concepción y diseño. La realización de un cuidadoso estudio en esta fase permite controlar el futuro de la inversión a realizar y reducir al máximo el riesgo de una mala inversión. La concepción de un sistema de producción exige hoy día mucha reflexión y requiere pensar en términos de análisis global. Los estudios de concepción deben considerarse como inversiones inmateriales que conviene realizar con todo el detenimiento necesario.
2.
EL DESAFÍO DE LA CALIDAD DE LOS PRODUCTOS
La calidad es hoy el objetivo buscado en todos los campos, es el fin hacia el que deben tender todas las empresas. Situadas en un entorno de competencia deben responder a las exigencias crecientes del consumidor: productos de cali-dad. El consumidor no es sensible únicamente al factor precio, sino también a la calidad del producto consumido. Las exigencias del consumidor aumentan considerablemente, de forma paralela al número de productos industriales ofertados.
El futuro está en la calidad, todo el mundo está de acuerdo con esta afirma-ción, pero es difícil hacer calidad en industrias antiguas y mal diseñadas. Es importante que el industrial, para optimizar la productividad de su sistema pro-ductivo, pueda controlar permanentemente la calidad de sus productos y de sus instalaciones, para reducir los costes de la no-calidad. Estos costes están for-mados por el conjunto de las consecuencias de anomalías que conducen a un producto no conforme. Se puede estimar que el coste de la no-calidad en las
industrias del sector alimentario equivale al 4 ó 5% del valor del producto, sin impuestos.
En el corazón de este nuevo desafío, la calidad de los productos, aparece el sistema productivo y su modo de explotación. Se han desarrollado normas (ISO 9000) para permitir al industrial garantizar la calidad final constante de sus productos, pero la función del sistema productivo y especialmente su aptitud para garantizar su explotación satisfactoria, se convierten en determi-nantes. En consecuencia, la concepción y diseño de dicho sistema debe hacerse teniendo en cuenta, de forma integrada, los diferentes componentes de la calidad.
En el caso de la industria agroalimentaria esta calidad presenta unas carac-terísticas particulares, puesto que debe responder además a las necesidades ligadas a la salud y a la seguridad alimentaria de los consumidores. Es decir, deben satisfacer tanto al consumidor, cuyo comportamiento está en plena evo-lución, como a la reglamentación europea en materia de seguridad sanitaria. Se deben cumplir unas normas muy estrictas de higiene. Se considera, en general, que en la calidad interviene la higiene en un 30%, las materias primas también en un 30%, la fabricación en otro 30% y los transportes en un 10%.
3.
FUNCIÓN DEL DISEÑO DE PLANTAS
DE PROCESADO
La producción es el resultado de la interacción de hombres, materiales y maquinaria, los cuales deben constituir un sistema ordenado que permita la maximización de los beneficios. Ahora bien, es necesario que dicha interac-ción tenga un soporte físico donde poder realizarse, ya sea una finca, una serie de edificios para una explotación ganadera, o un edificio industrial, en nuestro caso una industria agroalimentaria.
Diseñar en ingeniería es obtener la mejor combinación de los factores de producción: hombre, maquinaria y materiales, con el objeto de conseguir la máxima economía en el trabajo, así como la seguridad y satisfacción de los tra-bajadores.
El diseño en ingeniería supone la búsqueda de soluciones innovadoras para satisfacer necesidades humanas por medio de la aplicación de conocimientos científicos y tecnológicos y con la máxima racionalidad en el consumo de recursos. Se trata de una actividad creadora, en la que a partir de conjuntos ele-mentales y previa identificación de unas restricciones y condicionantes se llega, mediante combinaciones, a concretar y definir algo superior a la suma de las partes. Es ver, imaginar, lo que todavía no existe.
El diseño supone un verdadero acto de creación, que no tiene una solución única y en la que cada una de ellas corresponde a una interpretación diferente, pueden ser soluciones válidas distintas porque consiguen un mismo objetivo.
Este acto creativo que es el diseño, se ajusta a un ciclo de actividades de tres tipos diferentes: generación de soluciones alternativas, análisis de las mis-mas y selección de la que se considere más interesante (figura 1).
La generación de soluciones alternativas implica el conocimiento de las condiciones que definen la realidad del medio a transformar, la tecnología existente y los recursos disponibles. En todo caso, es necesario que cada solu-ción alternativa se ajuste a la realidad y sea técnica, económica, social y medioambientalmente factible.
El análisis de soluciones alternativas conlleva la identificación, cuantifica-ción y valoracuantifica-ción de las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas. La selección de la alternativa más adecuada implica la toma de decisión sobre alguna de ellas.
Figura 1.–Ciclo del diseño.
El proceso de implantación de una industria incluye varias fases antes de su realización, estas fases se refieren a diferentes niveles de concreción. Se comienza con el diseño a nivel de idea (concepción), se pasa después al diseño a nivel de boceto, posteriormente al diseño detallado y por último al diseño definitivo y al proyecto ejecutivo de ingeniería. Para cada uno de los niveles de diseño, tiene lugar el ciclo de diseño indicado anteriormente: generación, aná-lisis y selección de la alternativa más adecuada.
GENERACIÓN DE SOLUCIONES ALTERNATIVAS CRÍTICA DE SOLUCIONES ALTERNATIVAS SELECCIÓN DE SOLUCIONES
El diseño representa gráficamente la idea o ideas de las soluciones técni-cas, con sus características más relevantes. Una vez que se ha tomado la deci-sión de invertir, es necesario preparar un conjunto de documentos técnicos y económicos, para que la propuesta de inversión se pueda ejecutar con un máximo de garantías, es el proyecto de ingeniería. Los planos de ingeniería constituyen la representación gráfica del diseño en documentos suficientes y sistematizados, indispensables para la confección del presupuesto y ejecución de la obra.
El grado de definición varía obviamente, desde el diseño a nivel de idea hasta el proyecto ejecutivo de ingeniería. Bajar en la escala, como se aprecia en la figura 2 supone más información, más esfuerzo, más trabajo, más tiempo, más coste y, evidentemente, menos riesgo, menos incertidumbre. Es evidente que la función de incertidumbre (figura 3) es decreciente, según se avanza en el nivel de diseño, hasta un nivel próximo a la realidad en los proyectos.
Figura 2.–Niveles de diseño.
DISEÑO DETALLADO A NIVEL A DISEÑO DETALLADO A NIVEL N DISEÑO A NIVEL IDEA DISEÑO PRELIMINAR DISEÑO A NIVEL BOCETO SIGNIFICA MÁS INFORMACIÓN, MÁS ESTUDIOS, MÁS ANÁLISIS, MÁS SÍNTESIS, MÁS TIEMPO, MÁS DINERO
En el diseño a nivel de boceto, a partir de los objetivos fijados en la fase anterior, se perfilan las soluciones, pero poniendo un mayor énfasis en la distri-bución en planta y en los volúmenes correspondientes, es decir, en la distribu-ción espacial. Se estudian, se definen y se critican las correspondientes solu-ciones desde diferentes ópticas: de recorridos y trayectorias, funcionalidad, flexibilidad, balance energético, seguridad en el trabajo, protección contra incendios, economía, estética, etc. En este nivel de diseño es posible generar
un conjunto de soluciones alternativas en un plazo y coste razonables. Este amplio abanico de soluciones alternativas no sería abordable ni justificable económicamente a nivel de diseño detallado.
En el diseño a nivel detallado se profundiza en la solución elegida en la fase anterior, definiendo y diseñando sus características con un mayor grado de libertad, pero con mayor grado de detalle. Las soluciones alternativas en esta fase tienen lugar en un marco espacial más restringido que en la fase anterior a nivel de boceto.
A partir del último diseño a nivel de detalle surge el proyecto de ingenie-ría, en el que se genera un conjunto de documentación técnico-económica que defina y garantice un nivel de calidad en su ejecución.
El nivel de creatividad es más amplio en el diseño a nivel de boceto, redu-ciéndose paulatinamente cuando avanza el proceso, en el diseño detallado y desapareciendo en el momento en que ya no es preciso crear más, porque todo está definido.
En la figura 3 se observa que todos los niveles de diseño están relacionados entre sí y que es posible la existencia de flujos tanto ascendentes como descen-dentes entre ellos, es decir se pueden producir procesos de retroalimentación durante el proceso de diseño, como fruto de la realización de cada una de las fases de acuerdo con el ciclo del diseño, indicado anteriormente
Figura 3.–Nivel de diseño-Incertidumbre. INCERTIDUMBRE FUNCIÓN DE INCERTIDUMBRE NIVEL DE DISEÑO UMBRAL FINAL DE DISEÑO MÁS INFORMACIÓN MÁS ESTUDIOS MÁS ANÁLISIS MÁS SÍNTESIS MÁS TIEMPO MÁS DINERO Diseño nivel idea Diseño preli-minar Diseño nivel boceto Diseño nivel detalle
Los impactos económicos son diferentes según el momento en que se tomen las decisiones en el diseño. En la figura 4 (gráfico I) se aprecia, de una forma empírica, que las primeras decisiones que se toman en el diseño, en los primeros niveles, son las que tienen mayor repercusión económica. A medida que se avanza en el proceso de diseño, las decisiones inciden menos en la eco-nomía y en el presupuesto del proyecto. Es importante, por tanto, optar por una estrategia en la que se dediquen mayores esfuerzos a los momentos críticos del diseño, es decir, aquellos en los que se deciden prácticamente las grandes par-tidas del presupuesto.
Figura 4.–Impacto económico de las decisiones en el diseño.
COSTOS COSTOS
TIEMPO TIEMPO
I II
Diseño a nivel boceto Diseño detallado Proyecto de ingeniería
En dicha figura se representan dos situaciones, la primera corresponde a lo que se puede llamar diseño convencional, en ella, el tiempo, recursos y esfuerzo dedicados al diseño a nivel de boceto, es menor que el dedicado al diseño detallado y al proyecto de ingeniería. Esta situación representa una estrategia equivocada, porque los mayores esfuerzos se dedican a tomar decisiones en el momento en que menos influyen en la economía del proyecto. La segunda situación es más racional, ya que se dedica más tiempo y dinero al diseño a nivel de boceto, con un análisis más amplio de opciones, que al nivel de diseño detallado y sobre todo a nivel de pro-yecto. Esta segunda situación acomoda el esfuerzo a realizar con el impacto económico de las decisiones en el diseño, es por tanto una estra-tegia más acertada.
4.
LAS INDUSTRIAS AGROALIMENTARIAS
La industria agroalimentaria se caracteriza sobre todo por las especiales restricciones que impone la naturaleza biológica de sus materias primas y el destino biológico de sus productos, además de la heterogeneidad de los distin-tos sub-sectores que comprende.
Dado el destino biológico de sus productos, es necesario que la industria agroalimentaria utilice métodos más seguros para sus procesos de transforma-ción y conservatransforma-ción. Es la industria, a exceptransforma-ción de la farmacéutica, que está sometida a más controles y normas por parte de los organismos públicos. En consecuencia, los objetivos prioritarios de esta industria son asegurar una ela-boración higiénica de los alimentos y una conservación en el tiempo, sincroni-zada con el carácter generalmente perecedero de los alimentos.
La función desde el punto de vista técnico de una industria alimentaria es convertir la materia prima perecedera en un producto alimenticio más o menos estable. Pero se trata a su vez de una empresa industrial, con su correspon-diente papel económico, consistente en agregar valor a la materia prima y en generar y mantener puestos de trabajo, es decir, obtener beneficios.
Asimismo, como empresa industrial tiene ante sí los mismos retos de com-petitividad y calidad que otras industrias, con la complicación añadida de ase-gurar además la calidad sanitaria de sus productos.
Las industrias agroalimentarias deben enfrentarse a: • Las fluctuaciones de las materias primas.
• Las restricciones del carácter «vivo» de las materias primas y de los pro-ductos.
• Las condiciones específicas de comercialización de los productos. • La complejidad creciente de los procesos tecnológicos.
• Las condiciones higiénicas y sanitarias.
El problema del diseño de industrias agroalimentarias es por tanto mucho más complejo que el de otras industrias, debido a los componentes diferencia-les que presentan los alimentos frente a otro tipo de productos.
El diseño de la industria agroalimentaria adquiere un papel fundamental, en el que se deben conjugar los principios básicos del diseño, un plan eficiente de flujo de materiales y de personas, una distribución efectiva de las instalacio-nes y una eficiente operación del proceso, con el carácter biológico y perece-dero de las materias primas y de los productos.
Una de las actividades más antiguas del ingeniero es la distribución en planta de una industria y el manejo de los materiales que se mueven en dicha planta, pero en las industrias alimentarias la panorámica se amplía teniendo que prestar una atención especial a la naturaleza del producto.
El producto se convierte en la base del diseño de la planta y por lo tanto es importante también el proceso, el ingeniero debe ayudar al industrial a optimi-zar sus instalaciones. Debe estar al corriente de las normas y reglamentaciones
en vigor, para anticiparse a las demandas cada vez más exigentes en materia de higiene, de seguridad y de protección del medio ambiente.
La concepción y diseño de una planta de procesado de alimentos conju-gando todos estos aspectos, es la base para conseguir el éxito de la empresa. Con demasiada frecuencia se hace poco énfasis en la importancia de la optimi-zación del proceso, de la implantación de los flujos adecuados, de la distribu-ción más económica de las instalaciones físicas, en resumen de la distribudistribu-ción en planta, centrando el interés en el diseño constructivo, que al fin y al cabo no es más que el alojamiento de la planta de proceso, que debe proporcionar prin-cipalmente las condiciones adecuadas de trabajo, de seguridad, de confort y de higiene, pero que no interviene en la optimización de los costes.
El ingeniero, en el diseño de una industria agroalimentaria debe aportar un valor añadido, que evidentemente no se centra en el diseño constructivo, sino en la optimización de la planta de proceso lo cual se traducirá en una reducción de los costes de producción y en consecuencia tendrá una influencia directa sobre el éxito de la empresa.
El objetivo de este libro es proporcionar una metodología de trabajo para desarrollar una distribución óptima de la planta de proceso, teniendo en cuenta que los principales factores de la ecuación de los costes directos e indirectos de producción de una industria son el manejo de materiales y la forma en que se distribuye o gestiona la planta. Estas dos facetas de la planta de procesado son el eje principal del libro, junto con las características específicas de una indus-tria alimentaria relativas al diseño higiénico de las instalaciones, las edificacio-nes se consideran únicamente desde el punto de sus requisitos higiénicos ya que, como se ha indicado, se consideran el alojamiento de la planta de proce-sado de alimentos.
PARTE I
CAPÍTULO I
Plantas de procesado
de alimentos
1. INTRODUCCIÓN
Las plantas de procesado de alimentos tienen como finalidad técnica la de convertir materias primas perecederas en productos alimenticios más o menos estables, utilizando métodos seguros para sus procesos de transfor-mación y conservación y asegurando una elaboración higiénica de los ali-mentos.
El objetivo de esta actividad industrial es conseguir la máxima rentabilidad global, lo cual evidentemente se consigue con la optimización del diseño y del manejo de la planta de proceso.
Una planta de procesado de alimentos es el conjunto formado por: • Sistema de proceso.
• Sistemas auxiliares. • Edificaciones.
1.1. SISTEMA DE PROCESO
Se define como un conjunto secuencial de operaciones unitarias aplicadas a la transformación de materias primas en productos aptos para el consumo, es decir, es el conjunto de equipos que realizan todas las operaciones unitarias necesarias para conseguir dicha transformación.
1.2. SISTEMAS AUXILIARES
Son aquellos que sirven al Sistema de Proceso y hacen posible que éste funcione adecuadamente.
Los equipos componentes de un Sistema de Proceso están conectados entre sí por diferentes sistemas de transporte para posibilitar el necesario flujo de materiales en proceso; asimismo, para el funcionamiento de los equipos de proceso será necesario el suministro de energía eléctrica, de vapor o agua caliente, etc. Además, todo Sistema de Proceso debe contar con los correspon-dientes dispositivos de control. Es evidente por tanto que su correcto diseño es crítico para el éxito del Sistema de Proceso.
1.3. EDIFICACIONES
Son los alojamientos de los Sistemas de Proceso y de los Sistemas Auxilia-res, proporcionando unas adecuadas condiciones de trabajo, de confort, de seguridad y de higiene principalmente.
2. SISTEMA DE PROCESO
Anteriormente se ha definido un Sistema de Proceso como un conjunto de equipos de proceso que interaccionan entre sí de forma regular.
El conjunto del Sistema de Proceso está constituido por dos subconjuntos: • Uno de carácter inmaterial: la Tecnología del Sistema de Proceso, o
simplemente, Tecnología de Proceso, que corresponde a «saber como» o «know-how» realizar la elaboración de un producto, y determinará cómo deben utilizarse los equipos de proceso, sus condiciones de opera-ción y funcionamiento.
• Otro de carácter material: la Ingeniería del Sistema de Proceso o, sim-plemente, Ingeniería de Proceso, que corresponde al soporte físico, es decir al conjunto de equipos que ejecutará la tecnología.
Los Sistemas de Proceso son los que determinarán, fundamentalmente, la calidad del producto, la mayor parte de la inversión de la planta de proceso y el consumo y dimensión de los Sistemas Auxiliares. Son por lo tanto la parte funda-mental del diseño de la planta de proceso y el primer punto que se debe estudiar.
3. SISTEMAS AUXILIARES
Los Sistemas Auxiliares, como su nombre indica, hacen posible el funcio-namiento del Sistema de Proceso. Deben considerarse dentro de la idea global de la solución del Sistema de Proceso, una vez fijadas las condiciones de pro-ceso, los Sistemas Auxiliares se diseñan para satisfacer las demandas predeter-minadas.
Los Sistemas Auxiliares tienen una importante contribución en los costes de producción, hasta un 30-40% del total, según el tipo de planta de proceso, a
través de las partidas de consumo de agua, electricidad, combustible, gastos de mantenimiento de estos Sistemas Auxiliares, control y tratamiento de residuos. Los Sistemas Auxiliares incluyen: los sistemas de manejo de materiales, los sistemas de manejo de energía, los sistemas de servicios y los sistemas de control.
3.1. SISTEMAS DE MANEJO DE MATERIALES Incluyen:
• Instalaciones de manejo de sólidos. • Instalaciones de manejo de líquidos. • Instalaciones de manejo de gases.
Instalaciones de manejo de sólidos
Pueden estar o no incluidas en el Sistema de Proceso. Se pueden citar como ejemplos:
• Instalaciones de transporte mecánico: transportadores de bandas, de tor-nillo sin-fin, elevadores de cangilones, etc.
• Instalaciones de transporte neumático: transporte de granos, etc. • Instalaciones de transporte hidráulico: transporte de tomate, etc. • Instalaciones de almacenamiento de sólidos: silos.
Instalaciones de manejo de líquidos
En los que se incluyen por ejemplo:
• Instalaciones de almacenamiento y suministro de agua de proceso (pota-ble), de servicios y para generación de vapor (descalcificada).
• Instalaciones de tratamiento de agua para la generación de vapor (descal-cificada).
• Instalaciones de impulsión y almacenamiento de líquidos alimenticios (líquidos de gobierno, por ejemplo).
Instalaciones de manejo de gases
Se pueden citar los siguientes ejemplos:
• Instalaciones de generación y suministro de aire comprimido.
• Instalaciones de compresión, almacenamiento y distribución de gases no combustibles, por ejemplo CO2en la industria de la cerveza, el N2en el envasado en atmósfera inerte.
• Instalaciones de tratamiento de aire para las salas microbiológicamente controladas.
3.2. SISTEMAS DE MANEJO DE ENERGÍA Estos sistemas incluyen:
• Instalaciones de vapor.
• Instalaciones de manejo de combustibles. • Instalaciones de fluidos térmicos.
• Instalaciones frigoríficas.
• Instalaciones de recuperación de energía. • Instalaciones eléctricas.
Instalaciones de vapor
Incluyen:
• Instalaciones de generación de vapor.
• Instalaciones de distribución de vapor a proceso y retorno de condensados.
Instalaciones de manejo de combustibles
Se incluyen aquí, por ejemplo:
• Instalaciones de recepción, almacenamiento y suministro de combus-tibles.
• Instalaciones de distribución de combustibles a proceso.
Instalaciones de fluidos térmicos
Comprenden:
• Instalaciones de generación y distribución de fluidos térmicos (agua caliente por ejemplo).
• Instalaciones de generación y distribución de gases de combustión para el proceso.
Instalaciones frigoríficas
Se refieren a:
• Instalaciones de enfriamiento de aire. • Instalaciones de enfriamiento de gases. • Instalaciones de enfriamiento de líquidos. • Instalaciones de enfriamiento de sólidos.
Instalaciones de recuperación de energía
Para economizar gastos de funcionamiento, como por ejemplo: • Intercambiadores aire/aire o líquido/líquido.
Instalaciones eléctricas
Se refieren a:
• Instalaciones de acometida y centro de transformación. • Instalaciones de suministro de fuerza motriz y alumbrado. • Instalaciones de generación de fuerza para emergencias. 3.3. SISTEMAS DE CONTROL
Aseguran que el sistema de proceso funcione en las condiciones deseadas. Incluyen:
• Instalaciones de control automático de proceso. 3.4. SISTEMAS DE SERVICIOS
Se pueden incluir aquí, entre otros, los siguientes ejemplos: • Instalaciones de tratamiento de aguas residuales.
• Sistemas de seguridad:
— Instalaciones de alumbrado de seguridad. — Instalaciones de seguridad contra robos. — Instalaciones de seguridad contra incendios.
• Instalaciones de agua a presión contra incendios.
• Instalaciones de extintores de polvo y gas inerte contra incendios.
• Instalaciones de alarma contra incendios.
• Instalaciones de salidas de emergencia.
4. EDIFICACIONES
Como se ha indicado, la planta de proceso comprende los sistemas de pro-ceso, los sistemas auxiliares y los edificios necesarios. El edificio es el aloja-miento de los sistemas que hacen posible la función principal de la industria alimentaria: la elaboración de alimentos. Su diseño debe realizarse teniendo en cuenta particularmente su funcionalidad como alojamiento.
Estas edificaciones deben proporcionar, fundamentalmente, un control sobre las condiciones ambientales que rodean al sistema de proceso y a los sis-temas auxiliares. Precisamente este aspecto es el que cobra un papel muy importante en la industria agroalimentaria, ya que los edificios deben cumplir los requisitos de diseño higiénico exigidos a este tipo de industrias.
5. DISEÑO DE LA PLANTA DE PROCESO DE ALIMENTOS
Con la descomposición de la Planta de Proceso en tres subconjuntos, el problema complejo de la búsqueda del diseño óptimo de una industriaagroali-mentaria a un coste mínimo se puede también descomponer en tres subproble-mas menos complejos en principio:
• El diseño óptimo de cada uno de los Sistemas de Proceso. • El diseño óptimo de cada uno de los Sistemas Auxiliares.
• El diseño óptimo de los edificios que albergan a los Sistemas de Proceso y a los Sistemas Auxiliares.
El diseño de plantas de procesado de alimentos requiere un tratamiento específico y claramente diferenciado de la ingeniería industrial o de la ingenie-ría química, debido a las especiales restricciones que impone la naturaleza bio-lógica de las materias primas y el destino biológico de los productos. Los ali-mentos tienen «componentes diferenciales» respecto a otros productos, como son:
• El carácter variable de las materias primas y la dependencia de éstas de las condiciones climáticas.
• Se pueden producir alteraciones durante el periodo de post-recolección o post-mortem.
• Se pueden producir alteraciones durante el proceso de fabricación. • Seguridad alimentaria del producto final.
Así pues, dado el destino de sus productos, es necesario que la industria agroalimentaria utilice métodos seguros para sus procesos de transformación y conservación, su objetivo prioritario es asegurar una elaboración higiénica de los alimentos. Este principio, junto con la optimización del sistema de proceso, debe dirigir la concepción y diseño integral de los procesos de industrializa-ción de los alimentos a un coste mínimo.
De los tres subconjuntos en que se ha descompuesto el diseño de una planta de procesado de alimentos, el primero y fundamental es el diseño óptimo de cada uno de los sistemas de procesos, los otros vendrán derivados de éste y su diseño será consecuencia de la alternativa elegida en esta primera fase.
El diseño del Sistema de Proceso implica no solo la definición del proceso a utilizar, de su tecnología y de su ingeniería, sino que debe incluir el diseño de las instalaciones, entendiendo como tal el diseño de la distribución de los ele-mentos físicos de la actividad industrial, cuya representación gráfica es la dis-tribución en planta. Ahora bien, una buena disdis-tribución en planta implica nece-sariamente la definición de métodos de manejo de materiales y de flujo de personas, en consecuencia el diseño de un sistema de proceso debe definir una distribución de instalaciones físicas que optimice las interrelaciones entre per-sonal de operación, flujo de materiales, flujo de información y los métodos de fabricación requeridos para alcanzar los objetivos de la empresa eficiente-mente, económicamente y con seguridad.
Este diseño óptimo del Sistema de Proceso, de las instalaciones y final-mente la distribución en planta, debe determinar el flujo deseado de material y de personas, la distribución más económica de las instalaciones físicas y sirve
de base para el diseño constructivo del edificio, que corresponde ya a la fase de desarrollo del proyecto de ingeniería.
Los principales objetivos del diseño del sistema de proceso, entendido como se acaba de describir, son:
• Facilitar el proceso de fabricación. • Minimizar el manejo de materiales. • Optimizar el flujo de personal.
• Mantener la flexibilidad de la distribución y operación. • Mantener un alto volumen de trabajo en proceso. • Controlar la inversión en equipamiento.
• Hacer un uso económico del edificio.
• Promover una utilización eficiente de la energía.
• Proporcionar a los empleados confort y seguridad para hacer su trabajo. Por último, en consecuencia de todo lo anterior, el máximo beneficio para la empresa, derivado del mínimo coste de producción conseguido.
PARTE II
DEFINICIÓN
DE UNA ACTIVIDAD
CAPÍTULO II
Planificación de una actividad industrial
1.
FASES DE DESARROLLO DE UNA ACTIVIDAD
INDUSTRIAL
En la figura 1 se reflejan las fases principales de planificación de una nueva industria agroalimentaria o de ampliación de una existente.
Las cinco fases por las que pasa un proyecto de distribución en planta son: 1. Estudio de las necesidades: Es la determinación de lo que se requiere para corregir los problemas o conseguir nuevos objetivos. Usualmente es un proceso lento que incluye al menos dos fases, y a veces más. Bási-camente implica el desarrollo de las necesidades de producción y la superficie requerida para un nuevo espacio o para una ampliación interna. Esta fase incluye también el desarrollo de los objetivos estraté-gicos con respecto a las técnicas de fabricación y forma de realizarla (proceso continuo o por cargas, etc.).
2. Estudio de la localización: Esta fase corresponde a la determinación de la localización. Este análisis puede referirse a un sitio nuevo, pero con mucha frecuencia se refiere a un rediseño del sitio actual, a una redistri-bución de varios locales dentro de la planta actual, etc. A veces, el pro-yectista no está directamente implicado en esta decisión, particular-mente cuando se trata de un sitio nuevo. Sin embargo, es recomendable que el diseñador de la planta esté implicado en la evaluación de los lugares potenciales.
3. Distribución en planta a nivel de boceto: Esta fase determina los flujos básicos y la superficie de las principales áreas. Determina el espacio general y la configuración de las principales áreas y las relaciones de proximidad, afinidades y el flujo principal entre estas áreas. Normal-mente se desarrollan varias alternativas de distribución en planta. Los
pasillos principales se deben incluir en esta fase.
4. Distribución en planta a nivel de detalle: Determinación de la localiza-ción específica de cada equipo e instalalocaliza-ción dentro de la planta, inclu-yendo los sistemas auxiliares y servicios. Esta distribución a nivel de detalle debe hacerse utilizando CAD.
5. Instalación: En esta fase se desarrollan las instrucciones de instalación, de acuerdo con las prescripciones especificadas en el Pliego de Condi-ciones.
Figura 1.–Fases de desarrollo de una actividad industrial,
Estudio de las necesidades Estudio de la localización Distribución en planta a nivel de boceto Distribución en planta a nivel de detalle Instalación Tiempo Fases
Es importante trabajar en este orden, de arriba abajo, se producirán menos retrocesos y se obtendrán mejores resultados si se va desde los grandes reque-rimientos a los requereque-rimientos de detalle. Por ejemplo, es mejor seleccionar un sitio antes de completar las alternativas de distribución en planta a nivel de boceto y es mejor desarrollar distribuciones en planta a nivel de boceto antes de completar la distribución a nivel de detalle.
Sin embargo, es importante también tener en cuenta la superposición natu-ral de las fases. Aunque estas fases teóricamente son secuenciales, es necesario hacer una «mezcla» para conseguir el diseño final. Por ejemplo, es bastante difícil conseguir una distribución a nivel de boceto sin algún conocimiento de los detalles de tamaño y configuraciones de los equipos a instalar en la planta. Es insuficiente, por ejemplo, saber que una industria determinada requiere una
superficie de 1.600 m2; el proyectista puede adoptar incorrectamente una superficie cuadrada de 40 × 40 m cuando las necesidades son de 20 × 80 m. Una distribución en planta ideal a nivel de boceto se puede hacer si los equipos se sitúan en determinados bloques de espacios.
2.
PLANIFICACIÓN DE UNA ACTIVIDAD INDUSTRIAL
El problema de la distribución en planta queda inmerso dentro del proceso de planificación global de la actividad industrial que consta de varias fases:
• Definición del producto y del proceso productivo. • Localización o ubicación.
• Proyecto de la planta industrial. • Construcción e instalaciones.
2.1. DEFINICIÓN DEL PRODUCTO Y DEL PROCESO PRODUCTIVO
La primera fase en la planificación de una actividad industrial comienza por la definición del producto a fabricar, sistema de producción (elección del proceso de producción), tecnología y dimensionado del proceso, todo ello en base a los oportunos estudios de mercado.
2.2. LOCALIZACIÓN O UBICACIÓN
La actividad industrial se desarrolla habitualmente dentro de una Planta Industrial. La fase de localización persigue determinar la ubicación más ade-cuada teniendo en cuenta la situación de los puntos de venta o mercados de consumidores, puntos de abastecimiento para el suministro de materias primas o productos intermedios, la interacción con otras posibles plantas, etc.
En esta fase hay que determinar:
• La zona: la situación geográfica de la planta industrial.
• El suelo urbano de tipo industrial. Para ello se puede proceder de dos formas: seleccionando suelo industrial (si ya existe, polígonos industriales) o generándolo, en caso contrario. En este segundo caso, el urbanismo juega un papel importante en la planificación de la actividad. La generación de suelo industrial debe llevarse a cabo proponiendo la recalificación del suelo a tra-vés de alguna de las figuras urbanísticas contempladas en la legislación vigente.
• La/s parcela/s en las que ubicar la planta industrial. Para ello habrá que tener en cuenta nuevamente la disciplina urbanística, las ordenanzas (de cons-trucción y de actividad) de los polígonos, la posibilidad de agregación y desa-gregación de parcelas, etc.
2.3. PROYECTO DE LA PLANTA INDUSTRIAL
Una vez elegida la ubicación, el proyecto de la planta se compone a su vez de tres etapas:
1. Diseño de la distribución en planta, implantación o «layout».
Defi-nido el producto, el sistema de producción, la tecnología y el dimen-sionado del proceso se busca la ordenación de los Medios Directos de Producción (operarios, maquinaria y materiales) que participan direc-tamente en el proceso productivo y de los Medios Auxiliares de pro-ducción que no participan directamente en el proceso productivo pero sin los cuales sería imposible realizarlo. Esta es la fase de
implanta-ción propiamente dicha.
2. Diseño del sistema de manutención (transporte interno). Incluyéndose
en este apartado todo lo relativo al sistema utilizado para el transporte interior de los Medios de Producción.
3. Proyecto de los edificios e instalaciones (agua, electricidad,
alum-brado, fuerza, climatización...). En este apartado juega un papel importante la arquitectura industrial como arte y como técnica: • Desde el punto de vista estructural, es necesario diseñar una
estruc-tura que soporte, resista y transmita a la cimentación, las cargas y esfuerzos a que va a estar sometida.
• Desde el punto de vista ambiental, hay que aislar y crear ciertos ambientes, aislamiento térmico, acústico, higroscópico...
• Desde el punto de vista funcional, el edificio debe estar dotado de los servicios para poder llevar a cabo el proceso productivo (red de saneamiento, aguas pluviales, infraestructura energética...) y, por lo tanto, deben tenerse en cuenta estos condicionantes a la hora de diseñar la edificación.
2.4. CONSTRUCCIÓN E INSTALACIONES
En esta fase se realiza la construcción de las edificaciones e instalaciones proyectadas. Es la fase de ejecución.
3.
LOCALIZACIÓN
En el caso de una construcción nueva, el sitio puede estar impuesto desde el principio del proyecto (es una constante), o depende de los primeros estu-dios técnicos (elemento variable). En cualquier caso, la elección del sitio debe efectuarse lo más tarde después de la fase de validación del anteproyecto.
El origen de los elementos constantes (invariables) puede ser según los casos:
• Las necesidades de agua (cantidad y calidad).
• Otros elementos que intervienen en el ciclo de producción.
En este estudio se deben tener en cuenta varios parámetros para plantear las opciones y elegir el sitio definitivo:
• Parámetros económicos, que permitirán determinar algunas regiones objetivo.
• Parámetros técnico-económicos que permitirán determinar localidades en dichas regiones y los terrenos dentro de estas localidades.
• Parámetros legales que permitirán determinar definitivamente el terreno conociendo todas las restricciones.
En el caso de una ampliación, el sitio es una restricción importante. No es raro que las posibilidades de ampliación sólo puedan realizarse sobre una cara del edificio existente; en consecuencia, será necesario volver a pensar, entre otras cosas, en la circulación de materias primas, de productos y personas, es decir en toda la organización de los flujos.
3.1. ESTUDIO DE LOS PARÁMETROS ECONÓMICOS
Deben considerarse diferentes zonas para determinar la que mejor se adapta al desarrollo de la empresa.
Se pueden tener en cuenta criterios propios de cada empresa, como por ejemplo la historia e identidad regional de la empresa, las oportunidades de los terrenos que se pueden presentar...
Otros parámetros a tener en cuenta son: capacidades logísticas locales (vías de comunicación: carretera, ferrocarril, aéreas), facilidad de aprovisiona-miento (materias primas, otros consumibles: embalajes...), nivel medio de vida (coste de la construcción, coste de la mano de obra, coste de la vida...), entorno científico (servicios, investigación y desarrollo, formación…).
3.2. ESTUDIO DE LOS PARÁMETROS TÉCNICO-ECONÓMICOS DE LOS LUGARES ELEGIDOS
Este estudio incluye tres fases:
1. La clasificación por orden de importancia de los criterios que
respon-den a las necesidades y a las exigencias funcionales de la industria.
2. El inventario de los terrenos susceptibles de satisfacer estos criterios,
primero en las regiones y después en las localidades.
3. La confrontación de las elecciones efectuadas con las exigencias
fun-cionales y las necesidades de la empresa. Este estudio incluye elemen-tos valorables (coste del m2) y elementos no valorables (clima social...).
Hay que hacer una relación de los criterios a considerar, referentes a la localidad y al terreno, y con relación al tipo de restricciones potenciales pro-pias del proyecto.
Criterios referentes a la localidad:
• Ayudas del Estado (zonas de reconversión). • Empresas en la zona.
• Recursos locales para la construcción de la fábrica. • Disponibilidad de mano de obra cualificada. • Entorno social.
• Servidumbres de urbanismo. • Impuestos profesionales.
• Frecuencia de catástrofes naturales (inundaciones...).
Criterios referentes al terreno:
• Coste del m2.
• Vecindad (no se puede poner una bodega al lado de una fábrica de vina-gre, por ejemplo).
• Características del suelo (heterogeneidad...). • Calidad del suelo (naturaleza del suelo…). • Pendiente del terreno.
• Disponibilidad de agua. • Calidad del agua.
• Aprovisionamiento en energías (agua, gas, electricidad). • Seguridad.
• Restricciones del entorno. • Reglas de urbanismo.
La ubicación de la planta de procesado de alimentos está condicionada por las fuentes de polución que puedan existir en su entorno, es importante por tanto el aspecto relacionado con la vecindad.
El aire, a través de la lluvia o de las partículas de polvo, es un importante vector de contaminación. El riesgo de contaminación es proporcional a la pro-ximidad del elemento contaminante y la situación geográfica, combinada con la acción de vientos dominantes en la localidad.
Por estas razones se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: • Ausencia de vertederos de basura.
• Ausencia de industrias productoras de elevada contaminación atmosfé-rica.
• Facilidad de eliminación de las aguas residuales, y ausencia de peligro de inundación o encharcamiento en los alrededores.
• Sistemas de desagüe y escorrentías seguros en todas las áreas de servicio que rodean a las instalaciones.
La contaminación a través del aire debe tener en cuenta las variaciones producidas en las diferentes estaciones climáticas, época de cosecha, trata-mientos fitosanitarios en zonas agrícolas...
Los niveles normales de contaminación atmosférica, en general, son de: • Micomicetos: 1.000 a 2.000 ufc/m3de aire.
• Bacterias: 200 a 1.500 ufc/m3de aire.
Estos aspectos permiten concretar unas distancias mínimas de las fuentes de polución que deberían respetarse, y son las siguientes:
Los criterios referentes a la localidad y al terreno se clasifican en tres cate-gorías:
• Criterio prioritario, susceptible de eliminar el terreno si no se cumple. • Criterio importante, no tiene carácter descalificativo.
• Criterio menor, con respecto al proyecto.
Se analizan las diferentes localizaciones según estos criterios y la que obtenga mejor calificación, y sin ningún parámetro descalificado, será la que mejor responde a las exigencias del industrial.
3.3. ESTUDIO DE PARÁMETROS LEGALES
Las industrias alimentarias, en general, están clasificadas como Activida-des Molestas, Insalubres, Nocivas y Peligrosas por el R.D. 2414/1961 de 30 de noviembre. Esto significa que deben conocerse exactamente las disposiciones correspondientes sobre este tipo de industrias, que vienen reflejadas en las dis-posiciones legales de la Comunidad Autónoma, Ordenanzas Municipales y en los condicionantes que implican los Planes de Urbanismo de la localidad donde se instale la fábrica.
Asimismo deben considerarse las disposiciones legales referentes a las dis-tancias de ejes viarios (carreteras, caminos, autopistas, líneas férreas...) o ten-didos de alta tensión.
En general sería recomendable que la instalación alimentaria estuviese a una distancia mínima de:
• carreteras: 25 m • viviendas: 100 m
Contaminante Distancia en m
Instalaciones de depuración de aguas 200 Explotaciones agrícolas 100 Explotaciones agrícolas con abonos intensivos 500 Explotaciones ganaderas 200 Estercoleros o depósitos de compostaje 500 Zonas de almacenamiento de residuos 500
En general, las clasificadas como peligrosas o insalubres sólo se podrán emplazar a una distancia de 2 km del núcleo de población agrupado más próximo.
En la actualidad, las disposiciones legales sobre depuración de aguas resi-duales pueden condicionar la ubicación del complejo industrial por la necesi-dad de disponer de una planta depuradora, con la consiguiente repercusión en el aumento de espacio y las influencias de esta instalación sobre la industria y el medio ambiente.
CAPÍTULO III
Sistemas de proceso
1. ESTUDIOS PREVIOS
El primer paso, necesario para conseguir el éxito en el diseño del Sistema de Proceso, es plantear bien el problema de partida. Evidentemente esto requiere la realización de una serie de estudios previos.
El objetivo prioritario de una industria alimentaria es vender sus produc-tos optimizando sus márgenes, por lo tanto la función del Sistema de Pro-ceso es satisfacer las necesidades del mercado optimizando permanente-mente los costes y los tiempos de producción, es decir, debe fabricar productos:
• Conformes a las especificaciones comerciales, para responder a las
expectativas de mercado.
• Seguros desde el punto de vista higiénico, para responder a las
necesi-dades ligadas a la salud de los consumidores.
• De calidad constante en los planos organoléptico y de presentación,
para establecer su imagen de marca comercial.
El planteamiento del problema de partida se resuelve por tanto respon-diendo sucesivamente a las cuatro cuestiones siguientes:
• Vender productos: ¿qué productos? • Fabricar productos: ¿qué procesos?
• Garantizar la seguridad de fabricación: ¿qué puntos de control? • Asegurar la regularidad de fabricación: ¿cómo controlarla?
Después de responder a estas preguntas hay que precisar las especificacio-nes buscadas y las restriccioespecificacio-nes a respetar.
En la figura 1 se representa un esquema de los pasos a seguir en el diseño del Sistema de Proceso.
2. ESTUDIO DEL PRODUCTO
Se trata de traducir los objetivos de venta a términos de producción. Hay que hacer una reflexión sobre lo que saldrá de la futura industria, nueva o modernizada, y agrupar, en caso de que sea necesario, los productos por fami-lia de artículos.
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
ELABORACIÓN DE ESTUDIOS PREVIOS - Producto - Materias primas - Tecnología de proceso - Ingeniería de proceso Recogida de documentación y adecuado manejo de la información necesaria PLANTEAMIENTO DE LAS DISTINTAS ALTERNATIVAS Aplicación de adecuadas técnicas o métodos de síntesis de procesos
ANÁLISIS DE LAS DISTINTAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN Aplicación de adecuadas técnicas o métodos de análisis de procesos SELECCIÓN DE LA SOLUCIÓN ÓPTIMA DESDE EL PUNTO DE VISTA TÉCNICO, ECONÓMICO
E HIGIÉNICO DEFINICIÓN A NIVEL DE INGENIERÍA DE DETALLE REDACCIÓN DEL PROYECTO
Para cada producto, o grupo de productos, a elaborar el estudio debe com-prender:
• Características del producto. Calidad:
— Especificaciones de tipo legal, comercial y técnico.
— Tendencias de estas especificaciones según la evolución de la demanda o de los gustos del consumidor.
— Análisis de la calidad del producto en el contexto de la cadena ali-mentaria correspondiente (pérdidas de calidad, energía, producción de subproductos y residuos).
— Fecha límite de consumo. — Fluctuaciones estacionales.
— Características de las expediciones. — Tamaño de los lotes.
• Análisis de las expectativas del mercado:
— Evolución de la producción exterior e interior. Localización de mer-cados y canales de distribución. Importaciones y exportaciones. — Precio de producto. Influencia de la calidad sobre el precio.
Elastici-dad de la demanda al precio y a la caliElastici-dad.
— Análisis de la competencia. Estructura de las empresas del sector. Tamaño. Localización. Tecnología que usan.
En la tabla 1 se presenta una ficha que incluye los datos técnicos mínimos que se deben recoger en el estudio del producto a elaborar.
• Definición.
• Características físico-químicas. • Características microbiológicas. • Embalaje.
• Volúmenes de producción: anuales, mínimo y máximo diario.
• Condiciones de almacenamiento: Temperatura, humedad relativa, etc. • Volúmenes de almacenamiento: medio, mínimo y máximo.
• Volúmenes expedidos diariamente: mínimo y máximo. • Controles en la expedición.
• Fecha límite de consumo.
• Evolución de la producción en 3 años.
Tabla 1. Datos técnicos del producto terminado
La información correspondiente a los puntos indicados en negrilla deben quedar definidos en la primera fase de la concepción de la industria.
3. ESTUDIO DE LAS MATERIAS PRIMAS
• Disponibilidad y localización. Puesto que el lugar de producción de las materias primas tendrá una gran importancia sobre la localización de la planta de proceso.
• Coste de materias primas. Este coste se verá influido por la existencia o
no de una producción y un mercado de esas materias primas. Incluirá los costes de transporte hasta la planta de procesado.
• Definición o caracterización. Se definirán y caracterizarán con claridad
las materias primas más adecuadas, las que mejor admiten el procesado y mejor producto final proporcionen (aptitud de variedades para indus-trialización, variedades de frutas para mermeladas... variedades de judía verde para congelación...).
En la tabla 2 se resumen las características de las materias primas.
Tabla 2. Materias primas, aditivos y productos semielaborados
• Descripción. • Forma de recepción. • Características físico-químicas. • Características microbiológicas. • Controles en la recepción. • Volúmenes de recepción: – Anuales. – Mínimo diario. – Máximo diario. • Acondicionamiento. • Condiciones de almacenamiento: – Temperatura/humedad relativa/otras. • Volúmenes de almacenamiento. – Medio. – Mínimo. – Máximo. • Estacionalidad. • Vida útil del producto.
• Evolución estimada de la producción en 3 años.
Asimismo en la tabla 3 se incluyen las características que deben recopi-larse de los embalajes y en la tabla 4 la información referente a los residuos, obtenida después del estudio del proceso.
• Descripción técnica. • Destino de los productos.
• Volúmenes de recepción. • Duración del almacenamiento. • Volumen de almacenamiento. • Control en recepción.
4. ESTUDIOS PREVIOS DE ALTERNATIVAS
DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
Una vez estudiados los productos y materias primas, se pasará a analizar la tecnología e ingeniería de los procesos correspondientes, siguiendo los siguientes pasos:
1. Descripción de las tecnologías e ingenierías y alternativas de proceso. Analizando en cada caso su influencia en la calidad del producto, balances de materiales y energía y estudio de formación de posibles subproductos.
En el apartado siguiente de este mismo capítulo se describe la represen-tación gráfica del Sistema de Proceso.
2. Evaluación aproximada de los costes en función de las tecnologías e ingenierías. Analizando costes tanto de materia prima como costes de mano de obra y energía, en función de las tecnologías e ingenie-rías aplicadas en el Sistema de Proceso y su incidencia en el precio final.
3. Instalaciones y sistemas auxiliares necesarios. Se describirán, de forma aproximada, los sistemas auxiliares e instalaciones de la Planta de Pro-ceso, necesarios para llevar a buen término todo el proceso.
4.1. PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS
Las diferentes alternativas estudiadas para el proceso o la fase del proceso que se está estudiando deben quedar planteadas en el estudio previo de tecno-logía o ingeniería.
4.2. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS
Las alternativas de un proyecto equivalen a las distintas soluciones que pueden darse a los diferentes problemas, originados y planteados por la ejecu-ción y desarrollo del mismo. En esta fase, los criterios técnicos son esenciales. Sin embargo se precisan criterios económicos, sociales, o medio ambientales para elegir la alternativa más adecuada.
Tabla 4. Residuos
• Composición.
• Tipo de producción asociada.
• Cantidades estimadas (% materias primas).
• Forma (líquida, sólida, ...)
• Cantidad de polución DQO, DBO5,..
