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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
UNIDAD DE TITULACION
TRABAJO DE TITULACION PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE
INGENIERO INDUSTRIAL
ÁREA SISTEMAS PRODUCTIVOS
TEMA
“OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS EN UNA PLANTA INDUSTRIAL
UTILIZANDO UN SURGE TANK”
AUTOR SORNOZA NAVARRETE MARIO VICENTE
DIRECTOR DEL TRABAJO ING. IND. AREVALO MOSCOSO ALFREDO MSC.
2014
GUAYAQUIL – ECUADOR
ii
“La responsabilidad de los hechos ideas y doctrinas expuestas en esta tesis corresponden exclusivamente al autor”.
Sornoza Navarrete Mario Vicente
C.I. 092187126-5
iii
DEDICATORIA
Dedico esta obra a mi familia en general, en especial a mis queridos padres por
brindarme todo el apoyo necesario para culminar con éxito mis estudios. Y a
todas las personas que de una u otra manera me han transmitido sus
conocimientos y experiencia, para así enfrentar las situaciones que me depara
la vida.
iv
AGRADECIMIENTO
Agradezco infinitamente a Dios por haberme brindado la vida para poder
alcanzar esta meta que me propuse.
Agradecimientos especiales a mi querida madre Mercedes Navarrete por su
apoyo incondicional y saberme guiar siempre por el camino del bien, a mi
esposa y familiares en general que me alentaban y aconsejaban siempre para
conseguir este objetivo.
Agradezco al Ing. Ind. Alfredo Arévalo Tutor de mi tesis, que con su gran
capacidad intelectual como Docente supo guiarme en la culminación de mi
tesis.
v
ÍNDICE GENERAL
Descripción Pág. PRÓLOGO 1
CAPÍTULO 1
GENERALIDADES
Nº Descripción Pág.
1.1 Antecedentes 3
1.2 Contexto del problema 3
1.2.1 Datos generales de la empresa 4
1.2.2 Localización 4
1.2.3 Identificación del CIIU 5
1.2.4 Productos (servicios) 5
1.2.5 Filosofía estratégica 6
1.3 Descripción general del problema 7
1.4 Objetivos 7
1.4.1 Objetivo general 7
1.4.2 Objetivos específicos 7
1.5 Justificativos 7
1.6 Delimitación de la investigación 8
1.7 Marco teórico 9
1.7.1 Sistemas básicos de vapor y principios prácticos de
conservación de energía
9
1.7.2 Generación de vapor 12
1.7.3 Distribución de vapor 16
1.8 Metodología 16
vi
CAPÍTULO 2
SITUACIÓN ACTUAL
Nº Descripción Pág.
2.1 Capacidad de producción 17
2.2 Recursos productivos 27
2.3 Proceso de producción de vapor 28
2.3.1 Tostión 28
2.3.2 Extracción 29
2.3.3 Centrifugación 31
2.3.4 Evaporación 32
2.3.5 Spray 33
2.3.6 Aglomerado 34
2.3.7 Cámara de secado FD Batch 38
2.3.8 Condensadores Bondles FD Batch 39
2.3.9 Sistema de vacío FD Batch 40
2.3.10 Cámara de secado FD Continuo 40
2.3.11 Condensadores Bondles FD Continuo 41
2.3.12 Sistema de vacío FD Continuo 41
2.4 Registro de problemas (Recolección de datos de acuerdo a
problemas)
42
CAPÍTULO 3
ANÁLISIS Y DIAGNÓSTICO
Nº Descripción Pág.
3.1. Análisis de datos e Identificación de problemas 49
3.2. Diagrama Causa Efecto 52
3.3. Análisis de las cinco Fuerzas de Porter 53
vii
Nº Descripción Pág.
3.4. Impacto económico de problemas 54
3.5. Diagnóstico 60
CAPÍTULO 4
PROPUESTA
Nº Descripción Pág.
4.1 Planteamiento de alternativas de solución a problemas 62
4.2 Costos de alternativas de solución 73
4.3 Selección de alternativa de solución 77
CAPÍTULO 5
EVALUACIÓN ECONÓMICA Y FINANCIERA
Nº Descripción Pág.
5.1 Determinación de costos fijos y variables de la propuesta 78
5.2 Financiamiento del proyecto 80
5.3 Recuperación de la inversión 80
5.4 Periodo de recuperación del capital 80
5.5 Coeficiente Beneficio/Costo 81
CAPÍTULO 6
PROGRAMACION PARA PUESTA EN MARCHA
Nº Descripción Pág.
1 Planificación y cronograma de implementación 83
2 Cronograma de implementación 84
viii
CAPÍTULO 7
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Nº Descripción Pág.
7.1. Conclusiones 85
7.2. Recomendaciones 86
GLOSARIO DE TÉRMINOS 87
ANEXOS 90
BIBLIOGRAFÍA 107
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Nº Descripción Pág.
1 Tipos de calderas instaladas en la planta industrial 17
2 Tipos de quemadores utilizados en los calderos 19
3 Caudales promedios de condensado orgánico 44
4 Consumos de bunker galones por toneladas spray 56
5 Consumos de bunker galones por toneladas aglomerado 56
6 Consumos de bunker galones por toneladas liofilizado b. 57
7 Consumos de bunker galones por toneladas liofilizado c. 57
8 Consumo de agua por toneladas de producción spray 58
9 Consumo de agua por toneladas de producción aglomerado 58
10 Consumo de agua por toneladas de producción liofilizado
batch
59
11 Consumo de agua por toneladas de producción liofilizado
continuo
59
12 Consumo de aditivos químicos usado en el área de calderas 60
13 Contenido de energía y eficiencia de combustión 75
14 Inversión fija 78
15 Costo de operación 79
16 Inversión total 79
17 Recuperación anual 81
18 Flujo de caja 82
x
ÍNDICE DE ANEXOS
Nº Descripción Pág.
1 Organigrama de El Café C:A 90
2 Ubicación Geográfica de El Café C.A 91
3 Esquema de trabajo de la empresa 92
4 Diagrama de Flujo de Procesos 93
5 Diagrama de Bloques Distribución de vapor y
condensado
94
6 Facturación de agua potable 95
7 Esquema actual 97
8 Esquema propuesto 100
9 Diagrama de Causa - Efecto 103
10
11
Diagrama Causa – Efecto mejorada
Cronograma de implementación
104
105
xi
ÍNDICE DE GRAFICOS
Nº Descripción Pág.
1 Sistema ideal de vapor 9
2 Esquema de un sistema de vapor 10
3 Clasificación de las calderas 13
4 Esquema de funcionamiento de las calderas
pirotubulares
14
5 Esquema de funcionamiento de las calderas
acuatubulares
15
6 Caldero cleaver brooks 18
7 Caldero fulton 18
8 Tostador de café 29
9 Extractores de café 29
10 Distribuidor de vapor en línea de extracción 30
11 Esquema de una línea de extracción 30
12 Manifold de extracción 31
13 Centrifuga alfa laval 32
14 Evaporador tubular de tres efectos 32
15 Intercambiador de calor 33
16 Vibrofluizer 34
17 Ventilador de aire caliente del vibrofluizer 35
18 Ventilador de aire caliente del vibrofluizer #2 35
19 Cámara de aglomerado 36
20 Ventilador de aire caliente cámara de aglomerado 36
21 Tanque redisuelto 37
22 Silo de bagazo 38
xii
Nº Descripción Pág.
23 Cámara de secado 39
24 Condensador bondles fd batch 39
25 Sistema jet eyector de dos etapas 40
26 Cámara de secado continuo 41
27 Condensador bondle 41
28 Sistema jet eyector de cinco etapas 42
29 Tanque recolector de condensado 42
30 Perdida de energía en tanque recolector 43
31 Tanque recolector de condensado vertical 43
32 Perdida de condensado orgánico 44
33 Desperdicio de condensado 46
34 Tanque recolector planta continua 46
35 Tanque recolector planta batch y continua 47
36 Tanque deareador #1 48
37 Tanque horizontal 50
38 Tanque vertical 50
39 Flujo de condensado orgánico 51
40 Tanque deareador # 2 69
41 Bomba de alimentación al deareador # 2 69
42 Surge tank 70
43 Tanque vertical 71
44 Nuevo tanque vertical 71
45 Área de condensado 71
46 Manifold de condensado 72
47 Deareador # 1 72
48 Bomba de alimentación de condensado deareador # 1 73
xiii
AUTOR: SORNOZA NAVARRETE MARIO VICENTE TEMA: “OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE
CONDENSADOS EN UNA PLANTA INDUSTRIAL UTILIZANDO UN SURGE TANK”
DIRECTOR: ING. ALFREDO ARÉVALO MOSCOSO MSC.
RESUMEN
El siguiente trabajo se realizó en la Empresa El CAFE C.A. ubicada al noroeste de la ciudad de Guayaquil, en Lomas de Prosperita 18I N-O y 1° Pasaje 32 N-O (Av. Juan Tanca Marengo Km. 3 ½), esta empresa dedicada a la elaboración De café en polvo y café liofilizado según las necesidades del consumidor. El motivo de esta investigación está enfocado a la gran cantidad de agua que es desperdiciada diariamente, al consumo excesivo de combustible y el valor que gasta la empresa en repuestos y mantenimientos por daños de equipos de proceso en el área de evaporación, para realizar tales estudios nos guiaremos en técnicas aprendidas a lo largo de nuestra carrera Universitaria como cuadros, métodos gráficos, diagramas de operación, diagrama de flujo, diagramas de Causa – Efecto etc. Este problema causa pérdidas anuales de $510.739,24 para ello se ha propuesto el montaje de un tanque presurizado llamado surge tank el cual receptara toda el agua (condensado) el cual es desechado al alcantarillado para luego reutilizar toda esa agua en los diferentes procesos de la empresa, al igual que nos permitirá obtener un ahorro de combustible entre un 15 y 35% ya que el agua que ingresara a las calderas tendrá una temperatura que facilitaría su trabajo y aumentaría la eficiencia de ellas, mediante un estudio Económico se ha podido observar que la inversión total es de $68.263,82 la cual se recuperará en menos de un año haciéndola factible. Y la empresa no realizaría ningún préstamo bancario, ya que la inversión del proyecto aun siendo un poco alta la empresa cuenta con los recursos necesarios para soportar la inversión.
PALABRAS CLAVES: Sistema, Recuperación, Condensado, Planta,
Industrial, Surge, Tank.
Sornoza Navarrete Mario Vicente Ing. Ind. Alfredo Arévalo Moscoso Mcs. C.C. 0921871265 DIRECTOR DEL TRABAJO
xiv
AUTHOR: SORNOZA NAVARRETE MARIO VICENTE SUBJECT: “OPTIMIZATION CONDENSATE RECOVERY SYSTEM IN AN
INDUSTRIAL PLANT USING A SURGE TANK”
DIRECTOR: ING. ALFREDO ARÉVALO MOSCOSO MSC.
ABSTRACT
This study was conducted at the Company CAFE CA located northwest of the
city of Guayaquil, in Lomas de Prosperina 18I N-O and Passage 32 (Av. Juan
Tanca Marengo 3 ½ km), the company that From coffee preparation and freeze-
dried coffee powder according to consumer needs. The purpose of this
research is focused on the large amount of water is wasted daily, excessive fuel
consumption and the value that company spends on parts and maintenance for
damages of process equipment in the area of evaporation, to perform such
studies techniques learned will guide us along our university career as charts,
graphs methods, timing charts, flow chart diagrams Cause - Effect etc. This
problem cause annual losses of $510.739,24 for this has been proposed the
installation of a tank pressurized called surge tank which responsive all the
water en the different processes of the company, as it will allow us to obtain
between 15 and 35% fuel savings since the water that entered the boilers will
have a temperature that would facilitate their work and increase the efficiency of
them, through an economic study is has been observed that the total
investment is $68.263,82, which will be recovered in less than a year making it
feasible. And the company would not perform no bank loan, sence the
investment of the project still a bit high the company has the resources
necessary to support investment.
KEY WORDS: System, Recovery, Condensate, Plant, Industrial, Surge
Tank.
Sornoza Navarrete Mario Vicente Ind. Eng. Alfredo Arévalo Moscoso Mcs. C.C. 0921871265 DIRECTOR OF WORK
PRÓLOGO
CAPITULO 1.- En este capítulo se encontrará información histórica de
la empresa y sus antecedentes, también se detalla toda la información
referente a la forma de trabajo y sus objetivos como empresa.
CAPITULO 2.- Aquí se tratará de los datos generales de la empresa, se
analizarán todos los procesos que tiene El CAFE C.A. se detalla los recursos,
y todos sus procesos de producción. También se estudiará la situación actual
en su producción diaria y mensual, se analizarán los diferentes tipos de
problemas que actualmente afectan a la producción.
CAPITULO 3.- En este capítulo se analizarán los diferentes problemas
que se encontraron mediante la Matriz Foda y diagramas de Pareto, también
se cuantificara las pérdidas, y dará un diagnóstico.
CAPITULO 4.- Aquí se dará a conocer las alternativas existentes para
contrarrestar el problema más importante, se analizarán el costo de cada
alternativa y se seleccionará la más apropiada para el mejoramiento de la
empresa.
CAPITULO 5.-En el capítulo presente se harán análisis de tipo
económico para la alternativa seleccionada, además de realizar cálculos para
el plan de inversión y balance económico para la determinación del tiempo de
recuperación del valor de la inversión.
CAPITULO 6.- En este capítulo se utilizarán herramientas básicas pero
de mucha ayuda para la determinación de este proyecto, como es el programa
Prólogo 2
Microsoft Project. Se determinará el tiempo necesario para el comienzo y
finalización del proyecto.
CAPITULO 7.- Se dan conclusiones y recomendaciones en la Empresa
EL CAFE C.A. para la ejecución del proyecto.
CAPÍTULO 1
GENERALIDADES
1.1 Antecedentes
El 17 de noviembre de 1979 el señor Luís Noboa Naranjo, el
empresario más visionario que ha tenido el país, fundó en el puerto de Manta
una empresa para fabricar café soluble teniendo en mente principalmente el
mercado internacional y avizorando el potencial agroindustrial exportador que
tiene el país, confiando en su capacidad para crear fuentes de trabajo y en la
gente ecuatoriana.
Con un equipo compuesto por ejecutivos, obreros y empleados, con
mucho esfuerzo e inversión de recursos humanos, tecnológicos y financieros
se desarrollaron productos de excelente calidad y poco a poco se fueron
ganando la confianza de los clientes en el exterior y en el mercado local, hasta
convertir a la organización en lo que es hoy, empresa líder indiscutible del
mercado ecuatoriano. Con el pasar del tiempo y con la finalidad de satisfacer
la creciente demanda se incorpora a la División Café la planta industrial de
Guayaquil.
1.2. Contexto del problema
El incremento continúo de la demanda de energía asociado al desarrollo
socio económico, las restricciones financieras para ampliar la oferta
energética, la necesidad de lograr una mayor competitividad y a su vez atenuar
el impacto ambiental de las tecnologías energéticas, fundamentan hoy en día
la gran importancia que tiene el mejoramiento de la eficiencia energética en
cualquier proceso.
La factibilidad técnico-económica de recuperar energía y condensado orgánico
presente en la Planta Industrial “El Café” representa a la fecha un problema
Generalidades 4
aun no resuelto que limita poder explotar esta vía para el incremento de
eficiencia energética del sistema de vapor.
Para el caso de la Planta Industrial “El Café”, se desea incrementar la
eficiencia del sistema de recuperación de vapor reemplazando el sistema
actual de recuperación de condensados por un sistema de retorno de
condensado presurizado utilizando un Surge Tank, el mismo que permitiría
ahorrar el costo de combustible de un 15% a un 35%.
1.2.1 Datos generales de la empresa
La Compañía de Elaborados de Café “El Café C.A.” consta de cuatro
áreas de producción definidas como;
Planta Soluble
Planta Liofilizado Bacth
Planta Liofilizado Continúo
Planta Ultramares (área de volteo)
Cada área ocupa un espacio físico dentro de la planta manteniendo
correlación e independencia una de otra. Estas han sido diseñadas según las
necesidades de expansión de la planta y al cambio e innovación de la
demanda del cliente hacia el producto elaborado. (Ver anexo 1 pág. 90)
1.2.2 Localización de la empresa
El café es una empresa ecuatoriana de café soluble industrializado
fundada en 1978, inicio sus operaciones con café soluble atomizado y
aglomerado.
Compañía de Elaborados de Café “El Café C.A.” se encuentra ubicada
al noroeste de la ciudad de Guayaquil, en Lomas de Prosperita 18I N-O y 1°
Pasaje 32 N-O (Av. Juan Tanca Marengo Km. 3 ½), cuenta con un área total
de 33117 m2. (Ver anexo 2 pág. 91)
Generalidades 5
1.2.3 Identificación según Código Internacional Industrial Uniforme
(CIIU)
Estipulada por las naciones unidas las siglas CIIU significan código
industrial internacional unificado este indica la actividad a la cual se dedica
cada empresa y en Ecuador se la utiliza desde la década de los 70.El CIIU de
cada empresa por lo regular viene expresado en 5 dígitos en donde el primer
dígito representa la gran rama de actividad en la cual se desempeña la
empresa y viene dado desde el número 1 al 9.
1. Agricultura, ganadería, caza, silvicultura y pesca
2. Explotación de minas y canteras
3. Industria manufacturera
4. Electricidad, gas y agua
5. Construcción
6. Comercio al por mayor y menor, restaurantes y hoteles
7. Transporte almacenamiento y comunicaciones
8. Servicio a empresas, bienes inmuebles, financieros y seguros
9. Servicio a personas comunales sociales y personales
El siguiente número es una subcalificación del primero más detallada
así hasta llegar al quinto dígito; gracias a este número se reconocerá la
actividad precisa de la empresa
El código CIIU de la Empresa El Café S.A es: D1543
1.2.4 Productos (Servicios)
La compañía tiene liderazgo en Ecuador con el 35% de participación de
mercado en la categoría de café soluble.
La empresa ofrece al mercado los siguientes productos:
Café soluble en polvo
Café soluble liofilizado
Café soluble descafeinado
Café soluble orgánico
Generalidades 6
1.2.5 Filosofía estratégica
Misión.
La misión de la empresa es producir café de óptima calidad para el
mercado nacional y extranjero con personal altamente motivado, generando
divisas para el país, siendo la satisfacción de nuestros clientes y accionistas
nuestro motivo principal.
Visión.
Bajo el liderazgo del Ab. Álvaro Noboa, la empresa ha entrado en un
proceso de crecimiento que la ha llevado a duplicar su capacidad instalada
vigente, con miras a hacer realidad en tres años el “convertirnos en empresa
líder indiscutible en la Comunidad Andina y a nivel mundial para la
exportación de café, contando con personal altamente calificado y ser así
la empresa abanderada del grupo Noboa”.
Política.
La gerencia de la compañía de Elaborados de café EL CAFÉ C.A tiene
como uno de sus compromisos principales, el precautelar la seguridad y salud
en el trabajo así como la preservación de sus bienes y activos cumpliendo con
las normas legales pertinentes.
Para el logro de estos compromisos empresariales, se establece como
norma de conducta la prevención de riesgos laborales en todos los niveles de
la organización, procurando para ello adecuadas condiciones de trabajo,
promoviendo la mejora continua y la capacitación permanente del personal.
La empresa garantiza trabajo directo a 1.250 ecuatorianos y trabajo
indirecto a aproximadamente 800 personas entre contratistas y proveedores de
servicios, se preocupa por todos y cada uno de los empleados buscando la
mejora continua para cada uno de los puestos de trabajo y desarrollando
capacitaciones continuas cada día.
Generalidades 7
1.3 Descripción general del problema
En estos últimos años, la conciencia energética y la percepción
medioambiental han transformado el sistema de condensado. Lo que antes era
un modesto subproducto de la distribución de vapor se ha convertido hoy día
en un recurso muy valioso para cualquier industria. La Planta Industrial El
Café-Guayaquil”, actualmente posee una capacidad instalada de generación
de vapor de 2300 BHP, los diferentes procesos de producción requieren una
distribución de vapor de 1500 BHP.
El Sistema de recuperación de condensado está compuesto por dos
deareadores, los mismos que están operando a una presión de 10 Psi, esto
hace que el sistema obtenga una eficiencia aproximada del 54%, y es por eso
que el consumo de combustible y de agua están elevados.
Además en el proceso de evaporación se está desperdiciando
aproximadamente 194.4 m3/día de condensado orgánico, debido a que son
enviados a la planta de efluentes y se está desechando dinero al sumidero.
(Ver tabla # 3 pag.44)
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivos Generales
Establecer una mejora que permita la optimización del sistema de
recuperación de condensado utilizando un “Surge Tank”.
1.4.2 Objetivos Específicos
Establecer los parámetros para analizar el sistema actual.
Determinar las condiciones actuales del sistema de retorno de
condensado
Realizar una evaluación del sistema utilizando un Surge Tank
1.5 Justificativos
La eficiencia es el corazón en un sistema de vapor. El concepto de
ingeniería llamado “circuito totalmente cerrado” hace que en una planta
Generalidades 8
industrial se tenga cero perdidas de vapor y un retorno de condensado mayor
al 95%.
Para poder mejorar la eficiencia del sistema de recuperación de
condensado de la planta industrial “EL CAFÉ-GUAYAQUIL”, se diseñará e
implementará un Surge Tank (Tanque de compensación).
El motivo de la instalación de este Surge Tank desde el punto de vista
operacional es que se lo presuriza a 70 Psi, haciendo que las bombas de
transferencia funcionen perfectamente, porque no es vapor lo que van a
bombear cuando el tanque está a la presión atmosférica sino agua a 138°C
que es cercana a la temperatura de saturación del agua a 70 Psi.
Con la implementación del sistema propuesto se dará a conocer a la
alta gerencia la cantidad de energía que se estaría ahorrando, y a su vez
mostrarle cuánto dinero ahorraría la empresa anualmente.
1.6 Delimitación de la investigación
El problema se limita a la situación de continuos desperfectos
mecánicos, eléctricos, etc. que desmotivan al personal por lo que trataremos
de analizar los inconvenientes por los cuales atraviesa la empresa en el
momento de poner en marcha las diferentes alternativas de solución, para los
diversos tipos de problemas que se nos presentan.
1.- En lo que tiene que ver con los problemas ocasionados por las
maquinarias, muchas veces estos ocurren en el horario de la noche lo cual
impide que puedan ser resueltos satisfactoriamente ya que en ese horario no
se cuenta con los mecánicos necesarios para dar una oportuna solución.
2.- La mano de obra calificada es otro inconveniente que la empresa debe de
afrontar ya que cuando es la época de mayor producción se procede a
contratar temporalmente obreros y muchas veces estos no cuentan con la
experiencia necesaria cosa que hace retrasar la producción mientras se
capacita al personal.
Generalidades 9
1.7 Marco teórico
1.7.1 Sistema de operación de vapor
Gracias a las propiedades sobresalientes de transferencia de calor, el
vapor es ampliamente usado como medio de energía. Varios métodos y
procesos son usados para la generación de vapor con propiedades requeridas
por los consumidores individuales en sus sistemas específicos.
Es importante diseñar un sistema de vapor eficiente que evite
desperdicios de vapor, condensado y de energía contenida en él, para lo cual
es importante la selección adecuada de los diferentes componentes y
accesorios del sistema.(Manson R. & Young F., 2003)
FIGURA # 1
SISTEMA IDEAL DE VAPOR.
Fuente: Libro Fundamentos de la Termodinámica Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Los sistemas de vapor están compuestos básicamente por tres
subsistemas: La generación de vapor; generado por la caldera, la distribución;
repartida por tuberías para transportar el vapor del lugar de producción hacia
los usuarios y el condensado desde los procesos hacia la caldera y finalmente
los consumidores finales, generalmente equipos o sitios donde se requiere la
energía transportada por el vapor.
Generación: El vapor se genera en una caldera o en un generador de
vapor, transfiriendo el calor de los gases de combustión al agua. Cuando el
agua absorbe bastante calor, este cambia su fase de líquido a vapor. En
algunas calderas un supercalentador incrementa el contenido de energía del
vapor.
Generalidades 10
Distribución: Posterior a la generación del vapor en la caldera es
necesario un medio para llevar la energía del vapor hacia los procesos que lo
requieren. Este medio es la red de distribución de vapor y retorno de
condensado, la que a su vez está conformada por una serie de elementos.
Líneas o redes generalmente de acero cuya función es llevar el vapor
desde la caldera hacia los equipos consumidores. Deben ser seleccionadas de
acuerdo al flujo y presión que circula por ellas. Una mala selección ocasionará
perdidas de energía y daños en válvulas, trampas de vapor o equipos
consumidores. La velocidad media del vapor y del condensado no debe
sobrepasar 50 m/s y 5 m/s, respectivamente.
Fines de uso: Los diversos usos de vapor incluyen el calentamiento en
los procesos, transmisión mecánica, moderación de reacciones químicas y la
fabricación de componentes de hidrocarbono.
Comúnmente el sistema de vapor en los procesos incluye equipos como
intercambiadores de calor, turbina, torres de enfriamiento, separadores, etc.
Recuperación: El sistema de recuperación de condensado utiliza un
tanque recolector de condensado donde se almacena el condensado que
retorna de los equipos o procesos que consumen vapor indirecto, y para
ingresar el agua que debe reponerse al sistema.
FIGURA # 2
ESQUEMA DE UN SISTEMA DE VAPOR
Fuente: Libro Fundamentos de la Termodinámica Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Generalidades 11
En algunas aplicaciones este tanque sirve para adicionar sustancias
químicas que regulan la calidad del agua que ingresa a la caldera. Desde este
tanque se puede alimentar directamente la caldera o se puede llevar el agua al
tanque deareador cada vez que el sistema de vapor lo requiera.
Definición de vapor
El vapor es un estado de la materia en el que las moléculas apenas
interactúan entre sí, adoptando la forma del recipiente que lo contiene y
tendiendo a expandirse todo lo posible.(Manson R. & Young F., 2003)
El termino vapor se refiere estrictamente para aquel gas que se puede
condensar por presurización a temperatura constante. Normalmente la palabra
vapor suele referirse al vapor de agua, gas que se produce cuando el agua se
calienta a 100 ºC y una atmósfera de presión.
El punto de ebullición del agua a la presión correspondiente al nivel del
mar, es decir, 101,3 kilopáscales (kPa), es de unos 100 °C. A esa temperatura,
la adición de 226 julios de calor por kilogramo de agua convierte a ésta en
vapor a la misma temperatura. Cuando el agua está sometida a una presión
mayor, el punto de ebullición crece progresivamente de acuerdo a la ley de
Boyle-Mariotte hasta que, a una presión de 222,1 kPa, hierve a una
temperatura de 374,15 °C. Esta combinación de temperatura y presión se
denomina punto crítico. Por encima del mismo no existe diferencia entre el
agua en estado líquido y el vapor de agua.
El vapor de agua puro es un gas invisible. Con frecuencia, no obstante,
cuando el agua hierve, el vapor arrastra minúsculas gotas de agua, y puede
verse la mezcla blanquecina resultante. Un efecto similar tiene lugar cuando se
expulsa vapor de agua seco a la atmósfera, más fría. Parte del vapor se enfría
y se condensa formando las familiares nubes blancas que se ven cuando
hierve una cazuela en la cocina. En estos casos se dice que el vapor está
húmedo.
Generalidades 12
Cuando el vapor se encuentra exactamente en el punto de ebullición
que corresponde a la presión existente se lo denomina vapor saturado. Si se
calienta el vapor por encima de esta temperatura se produce el llamado vapor
sobrecalentado. El sobrecalentamiento también se produce cuando se
comprime el vapor saturado o se estrangula haciéndolo pasar por una válvula
situada entre un recipiente de alta presión y otro de baja presión. El
estrangulamiento hace que la temperatura del vapor caiga ligeramente, pero a
pesar de ello su temperatura es superior a la del vapor saturado a la presión
correspondiente. En los sistemas modernos de generación de energía eléctrica
suele emplearse vapor en este estado sobrecalentado.
El vapor es ampliamente utilizado para calefacción, para secar pastas,
para evaporar disoluciones químicas, para procesos de calentamiento, para
mover turbinas, máquinas y bombas; para realizar los miles y miles de
procesos en todas las ramas de la industria. 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 de 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.
1.7.2 Generación de vapor
La caldera fue la que origino la Revolución Industrial, actualmente su
utilización esta diversificada. Es en otras palabras un generador de vapor a
diferentes presiones, pudiendo este ser seco y saturado. Las calderas son
muy versátiles y se construyen de acuerdo a las necesidades existentes, la
avanzada tecnología electromecánica y electrónica las hacen más seguras y
confiables y además se han dado mejoras en el sistema de seguridad.(Selmec,
1980)
A continuación se detalla el proceso que realiza una caldera.
Generalidades 13
En una caldera se realiza:
La combustión, y
La transferencia de calor.
La combustión, es la combinación del carbono con el oxígeno del aire,
produciendo calor.
La energía se transfiere por tres maneras:
Conducción,
Convección, y
Radiación
Por conducción a través de sus componentes, por convección a través
del agua y por radiación, por combinación de ambos.
Los generadores de vapor se clasifican según diferentes criterios,
según: la disposición de los fluidos, la configuración, el tipo de combustible que
consumen, el tipo de tiro, el modo de gobernar la operación y el número de
pasos. Teniendo en cuenta que cada uno de estos equipo se elige de acuerdo
al proceso que sea requerido por la empresa.
FIGURA # 3
CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS
Fuente: Manual Selmec de calderas Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Generalidades 14
A continuación se hablara de las calderas Pirotubulares y
acuatubulares:
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 ducto, en donde se realizara 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, donde se
produce 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.
FIGURA # 4
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE CALDERAS PIROTUBULARES
Fuente: Manual Selmec de calderas Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Generalidades 15
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 sobrecalentador, 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 del combustible 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.
Con objeto de obtener un mayor rendimiento en la caldera, se las suele
dotar de elementos, como los ya citados, economizadores y precalentadores,
que hacen que la temperatura de los gases a su salida de la caldera, sea
menor, aprovechando así mejor el calor sensible de dichos gases.
FIGURA # 5
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE CALDERAS ACUATUBULARES
Fuente: Manual Selmec de calderas Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Generalidades 16
1.7.3 Distribución de vapor
Posterior a la generación del vapor en la caldera es necesario un medio
para llevar la energía del vapor hacia los procesos que lo requieren. Este
medio es la red de distribución de vapor y retorno de condensado, las que a su
vez están conformadas por una serie de elementos que son:
Tuberías o líneas de vapor
Aislamiento
Válvulas
Separadores de condensado
Acumuladores de vapor
Trampas de vapor, etc.
1.8 Metodología
La metodología que se va a emplear para desarrollar este proyecto es la
metodología deductiva-descriptiva
Método deductivo.- Se empleara este método porque parte de datos
generales aceptados como válidos para llegar a una conclusión de tipo
particular
Método descriptivo.- Se empleara este método ya que el objetivo de la
investigación descriptiva consiste en llegar a conocer las situaciones,
costumbres y actitudes predominantes a través de la descripción exacta de las
actividades, objetos, procesos y personas. Su meta no se limita a la
recolección de datos, sino a la predicción e identificación de las relaciones que
existen entre dos o más variables. Las herramientas empleadas para la
elaboración de este trabajo son:
Obtención de información de fuentes primarias y secundarias, datos
tabulados y observación del proceso
Utilización de programas informáticos
CAPÍTULO 2
SITUACIÓN ACTUAL
2.1 Capacidad de producción de vapor
La planta industrial El Café-Guayaquil cuenta con cinco calderas las
cuales brindan servicio de generación de vapor para las diferentes áreas de la
planta. La capacidad de generación de vapor es de 2300BHP. Todas las
calderas instaladas en la planta son pirotubulares.
La presión de operación de la caldera es de 220 Psi, debido a que el
proceso de liofilización del café así lo exige, las calderas instaladas en la planta
son:
TABLA # 1
TIPOS DE CALDERAS INSTALADAS EN LA PLANTA INDUSTRIAL
N° CALDERA
MARCA
MODELO
SERIE
CAPACIDAD
CALDERA N° 1
CLEAVER
BROOKS
CB600300
L70941
300BHP
CALDERA N° 2
CLEAVER
BROOKS
CB600500250
OLO95975
500BHP
CALDERA N° 3
FULTON
FBC5003P
HF0237
500BHP
CALDERA N° 4
FULTON
FBC5003P
HF0237
500BHP
CALDERA N° 5
FULTON
FBC5003P
HF0237
500BHP
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: catálogos de los equipos
La caldera N°1 de 300BHP genera 10350 lb/hr y las calderas de
500BHP generan 17250 lb/hr, teniendo un flujo de vapor instalado de 79350
lb/hr.
Situación Actual 18
FIGURA # 6
CALDERO CLEAVER BROOKS
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
FIGURA # 7
CALDERO FULTON
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 19
TABLA # 2
TIPOS DE QUEMADORES UTILIZADO EN LOS CALDEROS DE LA PLANTA
INDUSTRIAL EL CAFÉ-GUAYAQUIL
QUEMADORES
MARCA
MODELO
SERIE
CAPACIDAD DEL
MOTOR
QUEMADOR
CALDERA N° 1
CLEAVER
BROOKS
SIN
MODELO SIN SERIE 10HP@3500RPM
QUEMADOR
CALDERA N° 2
CLEAVER
BROOKS
SIN
MODELO SIN SERIE 15HP@3500RPM
QUEMADOR
CALDERA N° 3
INDUSTRIAL
COMBUSTION DE-210P 44891-1 25HP@3525RPM
QUEMADOR
CALDERA N° 4
INDUSTRIAL
COMBUSTION DE-210P 44891-2 25HP@3525RPM
QUEMADOR
CALDERA N° 5
INDUSTRIAL
COMBUSTION DE-210P 50003-1 25HP@3525RPM
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: catálogos de los equipos
Para controlar la verificación de una combustión adecuada en el
quemador de una caldera se debe tener en cuenta los siguientes
aspectos:(Selmec, 1980)
Análisis de los gases de combustión de una caldera
Temperatura de los gases en la chimenea.
La planta industrial El Café requiere un flujo estimado de vapor de
38,812.5 lb/hr que vendrían a ser 422.5m³/día de condensado para satisfacer
la demanda que exigen los diferentes procesos. Como el porcentaje estimado
de retorno de condensado es del 54% se obtiene que la cantidad de retorno de
condensado es de 20,958.8 lb/hr.
Situación Actual 20
El condensado es drenado del proceso de vapor a través de las trampas
de vapor. Las trampas de vapor descargan a un sistema recolector de
condensado. Cuando el condesado es drenado a los procesos a una presión
de 220 Psi y luego pasa a través de una trampa de vapor a una baja presión,
entonces un porcentaje del condensado podría ser un vapor flash. El
recolector de condensado podría ventear a la atmósfera vapor flash, lo que
significa pérdidas para el sistema.
Sistema actual de recuperación de condensado
Capacidad instalada de generación de vapor : 2300 BHP
Presión de operación de la caldera : 220 Psi
Eficiencia de la caldera : 80%
Porcentaje estimado retorno de condensado : 54%
Cantidad de agua de reposición (Make-up) : 46% (194.4 m³/día)
Temperatura del agua de reposición : 70ºF
Para poder calcular el porcentaje de pérdida de vapor flash en el sistema
podemos hacer uso de la siguiente ecuación:(Yunus, 2006.)
presión alta a latenteCalor
presión baja a sensibleCalor -presión alta a sensibleCalor FlashVapor %
Ec. 1
Dónde:
El calor sensible a alta presión es la entalpía de líquido saturado a
los 220 Psi (hf) que es la presión de operación de las calderas,
cuyo valor corresponde a 370.14 Btu/lb
El calor sensible a baja presión es la entalpía del agua a la
presión de 0 Psi (hf) cuyo valor corresponde a 180.07 Btu/lb
El calor sensible a alta presión es la entalpía de evaporización a
la presión de 0 Psi (hfg) cuyo valor corresponde a 970.3 Btu/lb
Situación Actual 21
Reemplazando los valores en la Ec. 1 se obtiene:
970.3
180.07 - 370.14FlashVapor %
%59.19FlashVapor %
Usando este porcentaje, se podrá calcular la cantidad de condensado
perdido en el venteo como vapor flash de la siguiente manera:
flash vapor % x condensado de retorno de Cantidadflashm Ec.2
Dónde:
Cantidad de retorno de condensado= 20,958.8 lb/hr
% Vapor flash= 19.59%
Se procede a reemplazar los valores en la Ec. 2 y se obtiene que:
lb/hr 20,958.8 x 19.59%flashm
hrlbm flash /8.105,4
Una vez obtenida la cantidad de condensado perdido como vapor flash
se puede calcular el calor perdido en el sistema con la Ecuación 3.
flashgperdido mhq 0 Ec.3
Dónde:
hg0 es la Entalpía de vapor saturado a 0 Psi cuyo valor
corresponde a 1,150.5 Btu/lb
y como hrlbmflash /8.105,4
Situación Actual 22
Se procede a reemplazar valores en la Ec. 3
hrlblbBtuq
mhq
perdido
flashgperdido
/8.105,4*/6.150,1
0
hrBtuqperdido /48.133,724'4
Análisis energético utilizando los deareadores
Deareador.- Los deareadores constan de un domo y un tanque en los
cuales el oxígeno y el dióxido de carbono son eliminados del agua de
alimentación.
Para realizar el análisis energético del sistema actual de recuperación de
condensado utilizando los deareadores, se debe de calcular en primera
instancia la cantidad de vapor requerido para la deareación del agua de
reposición (make-up), realizando un balance de energía entre el tanque
deareador y la caldera:
)(%*)( 5414 ARhhmhm fffgA Ec. 4
Dónde:
Am Cantidad de vapor requerido para deareación
4fgh Calor latente de evaporización a 10 Psi cuyo valor es de 952.1
Btu/lb
Situación Actual 23
1m Flujo estimado de vapor requerido por la planta
cuyo valor es de 38,812.5 lb/hr
4fh Entalpia de líquido saturado a la presión de 10 Psi, cuyo valor es de
208.42 Btu/lb
5fh Entalpia líquida a la temperatura de 70ºF (Make-up), cuyo valor es
de 38.04 Btu/lb
)(%AR =Porcentaje de agua de reposición, este valor lo estamos estimando
que es el 46%
Despejando Am de la ecuación 4 se obtiene:
4
541 )(%*)(
fg
ff
Ah
ARhhmm
Se procede a reemplazar valores:
lbBtu
lbBtulbBtuhrlbmA
/1.952
%)46(*)/04.38/42.208(/5.815,38
hrlbmA /20.195,3
Ahora se calculara el calor total que deben suministrar las calderas con
tanque venteado:
T
utilcaldera
Q
Q
lCalor tota
útilCalor Ec. 5
El calor útil es igual a:
DCBAútil QQQQQ Ec. 6
Situación Actual 24
Se procede a calcular el útilQ sabiendo que:
AQ : Es igual al calor generado por la caldera y retorna al tanque venteado:
))(( 312 fgflashA hhmmQ Ec. 7
Dónde:
2m Cantidad de retorno de condensado cuyo valor es de 20,958.8 lb/hr
hrlbmflash /8.105,4
1gh Entalpía de vapor saturado a la presión de operación de la caldera
220 Psi cuyo valor es de 1200.4 Btu/lb
3fh Entalpía de líquido saturado a la presión del tanque recolector de
condensado 0 Psi cuyo valor es de 180.07Btu/lb
Se procede a reemplazar los valores en la Ec. 7:
Btu/lb)180.07 1,200.4(lb/hr)8.105,4-20,958.8( AQ
Btu/hr ,517'195.621AQ
BQ : Es igual al calor que ingresa al tanque venteado como reposición (make-
up):
)( 51 fgflashB hhmQ Ec. 8
Dónde:
hrlbmflash /8.105,4
Situación Actual 25
1gh Entalpía de vapor saturado a la presión de operación de la caldera
220 Psi cuyo valor es de 1,200.4 Btu/lb
5fh Entalpía del líquido saturado del agua de reposición a la
temperatura de 70 ºF cuyo valor es de 38.04 Btu/lb
Se procede a reemplazar los valores en la Ec. 8:
)Btu/lb 38.04Btu/lb 1,200.4(/8.105,4 hrlbQB
Btu/hr69.417,772'4BQ
CQ : Es igual al calor generado por la caldera que va al tanque deareador:
)(%*)( 411 ARhhmQ fgC Ec. 9
1m Flujo estimado de vapor requerido por la planta cuyo valor es de
38,812.5 lb/hr
1gh Entalpia de vapor saturado a la presión de operación de la caldera
220 Psi cuyo valor es de 1,200.4 Btu/lb
4fh Entalpia de líquido saturado a la presión de 10 Psi, cuyo valor es de
208.42 Btu/lb
)(%AR =Porcentaje de agua de reposición, se estima que es el 46%
Se procede a reemplazar los valores en la Ec. 9:
%)46(*)Btu/lb 208.42Btu/lb 1,200.4(lb/hr 38,812.5 CQ
Btu/hr93.562,710'17CQ
Situación Actual 26
DQ : Es igual al calor requerido para la deareación del agua de reposición:
)( 51 fgAD hhmQ Ec. 9
Dónde:
hrlbmA /20.195,3
1gh Entalpia de vapor saturado a la presión de operación de la caldera
220 Psi cuyo valor es de 1,200.4 Btu/lb
5fh Entalpia del líquido saturado del agua de reposición a la
temperatura de 70 ºF cuyo valor es de 38.04 Btu/lb
Se reemplaza los valores en Ec. 9:
)Btu/lb 38.04Btu/lb 1,200.4(/20.195,3 hrlbQD
hrBtuQD /67.972,713'3
Una vez calculado AQ , BQ
, CQ y DQ
se procede a reemplazar los
valores en la ecuación 6, para obtener útilQ .
DCBAútil QQQQQ
hrBtuQútil /)67.972,713'393.562,710'1769.417,772'4,517'195.621(
hrBtuQútil /27.574,392'43
Situación Actual 27
Ahora se procede a calcular el calor total generado por las calderas
utilizando la ecuación 5, asumiendo que la eficiencia de las calderas es del
80%.
caldera
T
utilQQ
80.0
/27.574,392'43Q
hrBtuT
hrBtuT /84.717,240'54Q
2.2 Recursos productivos
Recursos humanos
La Empresa divide a sus trabajadores en empleados, obreros, y
servicios varios, los empleados son las personas que se encargan de la parte
administrativa de la empresa , los obreros son la mano de obra directa de la
empresa ; ya que están dentro del proceso de transformación de la materia
prima a producto terminado.
“Servicio Varios” se encargan de las diferentes labores dentro de la
Empresa como son limpieza, arreglo, remodelación o cualquier labor que
amerite su colaboración.
Maquinarias y equipos
La empresa a medida que ha ido en crecimiento ha adquirido
maquinarias para las diferentes secciones las que son de procedencia
Japonesa y Alemana, las cuales están provistas de controles electrónicos que
al momento de detectar una falla emiten un mensaje visualizado en una
pantalla, sugiriendo las acciones correctivas para la misma
(Ver anexo 4 pág. 93).
Situación Actual 28
2.3 Procesos de producción de vapor
La demanda de vapor es requerida en los siguientes procesos:
2.3.1 Tostión.
2.3.2 Extracción.
2.3.3 Centrifugación.
2.3.4 Evaporación.
2.3.5 Spray
2.3.6 Aglomerado
2.3.7 Cámara de secado FD Batch.
2.3.8 Condensadores Bondles FD Batch.
2.3.9 Sistema de vacío FD Batch.
2.3.10 Cámara de secado FD Continua.
2.3.11 Condensadores Bondles FD Continua.
2.3.12 Sistema de vacío FD Continua
A continuación se detallara cada uno de los procesos requeridos para la
fabricación de café en la planta.
2.3.1 Tostión
El proceso de tueste se dedica íntegramente a producir un café sabroso.
Cuando se tuesta, el grano de café verde aumenta su tamaño hasta casi el
doble, cambiando en color y densidad. El proceso del tueste del café está
formado por las operaciones de limpieza, tueste, enfriamiento, molienda y
empaquetado.
En este proceso, se genera calor en un hogar por medio de un
quemador de alta presión, y a través de ductos aislados térmicamente el calor
es transportado al cilindro del tostador donde el café recibe dicho calor para
realizar la cocción. La temperatura del cilindro es de 200ºC.
El vapor es utilizado para apagar el conato de incendio que se produce
en el cilindro del tostador cuando el café comienza a quemarse. El vapor
utilizado en este proceso es un vapor no retornable.
Situación Actual 29
FIGURA # 8
TOSTADOR DE CAFÉ
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
2.3.2 Extracción
En el área de extracción se obtiene la hidrólisis de café, en la actualidad
se cuenta con 3 líneas de extracción, cada línea posee 6 extractores, los
cuales trabajan a una presión de 15 bar.
Cada una de las líneas posee dos calentadores, un precalentador, y un
distribuidor de vapor.
FIGURA # 9
EXTRACTORES DE CAFÉ
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Desde el distribuidor de vapor Nº1 ubicado en el área de calderas, el
vapor es transportado a un distribuidor de vapor por una tubería de 3” de
diámetro, llegando a una presión de 200 Psi, de aquí de distribuye por una
Situación Actual 30
línea de vapor de 1” a los manifold de los extractores, la otra línea de vapor de
1” a los calentadores y la tercera línea de vapor de 1” va al recuperador de
condensado.
FIGURA # 10
DISTRIBUIDOR DE VAPOR EN LÍNEA DE EXTRACCIÓN
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Diseño del sistema
La presión del vapor a la entrada del calentador es de 100 Psi, en los
calentadores ingresa agua a una temperatura de unos 100ºC, el mismo que es
elevado a una temperatura de 180ºC para luego enviar esta agua a los
extractores para así obtener la hidrólisis de café, dicha hidrólisis recircula por
los 5 extractores restantes disminuyendo 5ºC en cada extractor hasta llegar al
grado Brix óptimo.
FIGURA # 11
ESQUEMA DE UNA LINEA DE EXTRACCIÓN
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Fuente: Diseño del sistema
Situación Actual 31
FIGURA # 12
MANIFOLD DE EXTRACCIÓN
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Diseño del sistema
Cada línea de extracción está compuesta por seis manifold, en el primer
manifold tenemos una entrada de producto que sale de los extractores, una
entrada de agua caliente y una entrada de vapor (Ver figura # 12) La presión
de operación de los manifold es de 15 bares.
2.3.3 Centrifugación
La centrifugación es un procedimiento físico que permite la separación
de partículas, bien sean células, orgánulos, moléculas, etc. en base a la
diferente velocidad a la que sedimentan en un medio acuoso bajo la acción de
un campo centrífugo. Este campo se aplica en unos aparatos denominados:
centrífugas por medio de la rotación de una de las piezas, llamada rotor, a gran
velocidad dentro de una cámara acorazada en la que puede estar la
temperatura controlada (para evitar la degradación de muestras
termosensibles) y en ocasiones bajo vacío (para evitar el calentamiento del
rotor por el rozamiento con el aire).
En este proceso se separan los sólidos insolubles para luego el líquido
ingresar al proceso de evaporación.
Situación Actual 32
FIGURA # 13
CENTRIFUGA ALFA LAVAL
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
2.3.4 Evaporación
En el proceso de evaporación el vapor es utilizado para entregar energía
al café para de esta manera poder alcanzar el nivel óptimo de grados brix (52
grados). La máquina principal utilizada para realizar este proceso es un
evaporador tubular de tres efectos (Ver figura # 14).
El evaporador tubular en cada uno de los efectos posee una calandria, la
misma que funciona como un intercambiador de calor (tubo coraza) debido a
que está compuesta por una serie de tubos por donde recircula la hidrólisis de
café centrifugada y el vapor recircula por la coraza a una presión de 200 Psi,
haciendo que en el primer efecto obtengamos un nivel de 42º brix, en el
segundo efecto un nivel de 48 º brix y en el tercer efecto un nivel óptimo de 52º
brix.
FIGURA # 14
EVAPORADOR TUBULAR DE TRES EFECTOS
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 33
En este proceso es de suma importancia que el flujo de vapor sea
constante, y a su vez la presión de entrada de vapor no sea menor a unos
200 Psi.
El vapor utilizado es retornable, pero en los actuales momentos se lo
está desechando al sumidero.
2.3.5 Spray
En el proceso de spray el vapor es utilizado para elevar la temperatura
del agua que ingresa al intercambiador de placas. El vapor ingresa a un
precalentador a una presión de 100Psi.
El intercambiador de placas tiene una entrada de producto y una entrada
de agua caliente. La temperatura de la hidrólisis de café es de 50ºC y la
temperatura del agua es de 85 ºC.
FIGURA # 15
INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 34
2.3.6 Aglomerado
El vapor es transportado por una tubería de 1-1/2” hacia un pequeño
distribuidor de vapor a una presión de 220 Psi, el mismo que es utilizado en la
cámara de aglomerado y en el vibrofluizer.
El vibrofluizer se lo emplea para quitarle humedad al café, posee dos
entradas de aire caliente y una de aire frío. (Ver figura # 16)
FIGURA # 16
VIBROFLUIZER
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Para generar el aire caliente, la energía del vapor es enviada del
distribuidor de vapor principal de aglomerado a un distribuidor con 5 salidas de
flujo de vapor a una presión de 165 Psi, este flujo de vapor es regulado por una
válvula de control proporcional. Cada una de las 5 líneas de salida de vapor del
distribuidor envía vapor a las bobinas de un calentador, el vapor recircula por
dichas bobinas y por medio de un Ventilador Niro Atomizer modelo MT 675-250
(Ver figura # 17) el aire caliente es enviado a la cámara del vibrofluizer.
La temperatura de entrada de aire caliente al vibrofluizer oscila entre los
130 y 140ºC.
Situación Actual 35
FIGURA # 17
VENTILADOR DE AIRE CALIENTE DEL VIBROFLUIZER
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Para generar el aire frío se utiliza un Enfriador Niro Atomizer Modelo HT
253-530 (Ver figura # 18) y mediante un ventilador es enviado el aire frío al
vibro. La temperatura de entrada de aire frio al vibrofluizer oscila entre los 18 y
20 ºC.
Este es uno de los procesos más importantes para proceso de café
soluble.
FIGURA # 18
VENTILADOR DE AIRE CALIENTE DEL VIBROFLUIZER #2
Tomado por: Mario Vicente Sornoza Navarrete Fuente: Empresa El Café
Una vez realizado el proceso de secado en la cámara del vibro el
producto es enviado a una zaranda, la misma que tiene como función
homogenizar los gránulos de café para luego ser enviado a la cámara de
aglomerado.
Situación Actual 36
La cámara de aglomerado posee una entrada de vapor, dos entradas de
aire caliente y una entrada de producto.
FIGURA # 19
CÁMARA DE AGLOMERADO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Para hacer que ingrese el vapor a la cámara, el vapor es transportado
del distribuidor principal de aglomerado por una línea de vapor de 1-1/2” y del
distribuidor sale el vapor por una línea de1” a una presión de 200 Psi, y
mediante una válvula reductora la presión del vapor es reducida a 70 Psi, dicho
vapor es enviado a un pequeño distribuidor de 2 salidas de vapor, el mismo
que es dirigido a las bobinas de calentamiento que utiliza el calentador de la
cámara de aglomerado, y mediante un ventilador es enviado el aire caliente a
la cámara aglomeradora. La temperatura de entrada de aire caliente usando
vapor es de 130ºC.
FIGURA # 20
VENTILADOR DE AIRE CALIENTE A LA CÁMARA DE AGLOMERADO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 37
Para la segunda entrada de aire caliente, se utiliza resistencias tubulares
que tienen una alimentación de energía eléctrica de 220V, generando calor el
mismo que es enviado mediante un ventilador a la cámara, a una temperatura
de 80ºC.
El vapor es transportado por una línea de 1” a una presión de 100 Psi y
es reducida a 20 Psi mediante una válvula reductora de presión, El mismo que
entra a la cámara de aglomerado a una temperatura de aproximadamente
130ºC.
Todo el calor que entra a la cámara es utilizado para lograr que el café
obtenga una textura idónea y así convertir el café instantáneo en café
aglomerado.
Tanque de redisuelto
En este tanque se utiliza vapor para poder redisolver el café que no
cumple con las normas de calidad., la presión de entrada de vapor al tanque
es de 200 Psi.
Se utiliza un agitador para hacer que la mezcla se haga homogénea y
así poder reprocesar. La línea de vapor utilizada es de 2” de diámetro, el
vapor aplicado en este tanque es un vapor no retornable.
FIGURA # 21
TANQUE DE REDISUELTO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 38
Líneas de descarga de extractores
Los extractores descargan el bagazo a una presión de aproximadamente
de 15 Bar por unas tuberías de 4”, las mismas que deben de ser precalentadas
para que no haya un choque térmico en las líneas de descargas, para ello se
usa vapor.
El bagazo es enviado a un silo donde se lo almacena. El vapor utilizado
es un vapor no retornable.
FIGURA # 22
SILO DE BAGAZO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
2.3.7 Cámara de secado FD Batch
La cámara de secado es utilizada para quitarle humedad al café, para
ello se utiliza unas placas radiantes, en las cuales por su interior circula una
sustancia llamada glicol a una determinada temperatura.
Situación Actual 39
FIGURA # 23
CÁMARA DE SECADO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Para elevar la temperatura del glicol a la temperatura deseada, se utiliza
un calentador, el mismo que tiene una alimentación de vapor a una presión 35
Psi.
El vapor utilizado en esta parte del proceso es un vapor retornable.
2.3.8 Condensadores Bondles FD Batch
En el proceso de secado, las cámaras utilizan dos condensadores,
dichos condensadores se congelan al realizar el secado de café, por lo que
necesitan una alimentación de vapor por el lapso de 2 minutos para poder
realizar el descongelamiento de los mismos. La presión del vapor que ingresa a
los condensadores es de 10 Psi.
FIGURA # 24
CONDENSADORES BONDLES FD BATCH
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 40
2.3.9 Sistema de vacío FD Batch
El proceso de liofilización del café por batch exige que en la cámara de
secado se tenga una presión de vacío 200 mtorr, para ello se utiliza un sistema
jet eyector de 2 etapas en mismo que requiere una alimentación de vapor a una
presión de 220 Psi, para de esta manera poder obtener la presión de vacío
requerida en este proceso.
La presión del vapor se debe mantener a los 220 Psi, ya que al elevarse
la presión haría que el café se enmelé en la cámara de secado y esto traería
grandes inconvenientes debido a que no se cumpliría los objetivos de
producción por paralizaciones del proceso.
FIGURA # 25
SISTEMA JET EYECTOR DE DOS ETAPAS
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
2.3.10 Cámara de secado FD Continuo
En la cámara de secado de la planta FD Continuo se utiliza el vapor para
quitarle humedad al café, el mismo que ingresa a una presión de 50 Psi. La
presión del vapor debe mantenerse a los 50 Psi debido a que en esta cámara
se utilizan mesas vibratorias, y al aumentar dicha presión haría que las mesas
tengan problemas de exceso de vibración. El vapor utilizado en este proceso es
un vapor retornable.
Situación Actual 41
FIGURA # 26
CÁMARA DE SECADO CONTINUO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
2.3.11 Condensadores Bondles FD Continuo
En el proceso de secado, la cámara continua utiliza seis
condensadores, los mismos que se congelan al realizar el secado de café, por
lo que necesitan una alimentación de vapor por el lapso de 2 minutos para que
ellos puedan ser descongelados.
La presión del vapor que ingresa a los condensadores es de 7 Psi, este
proceso el vapor no es retornable.
FIGURA # 27
CONDENSADOR BONDLE
Tomado por: Mario Vicente Sornoza Navarrete Fuente: Empresa El Café
2.3.12 Sistema de vacío FD Continuo
El proceso de liofilización del café continuo exige que en la cámara de
secado se tenga una presión de vació 280 mtorr, para ello se utiliza un sistema
jet eyector de 5 etapas el mismo que requiere una alimentación de vapor a una
presión de 220 Psi, para de esta manera poder obtener la presión de vació
requerida en este proceso.
Situación Actual 42
La presión del vapor se debe mantener a los 220 Psi, ya que al elevarse
la presión haría que el café se enmelé en la cámara de secado y esto traería
grandes problemas debido a que no se cumpliría los objetivos de producción.
FIGURA # 28
SISTEMA JET EYECTOR DE CINCO ETAPAS
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
2.4. Registro de problemas
Sistema de recuperación de condensado
Los condensados puros que se obtienen de la planta soluble
específicamente de los procesos de extracción, aglomerado y spray, se
acumulan en un tanque recolector de condensado de una capacidad de 1500
litros. (Ver figura # 29).
La temperatura en que llega el condensado a este tanque recolector es
de 65 ºC.
FIGURA # 29
TANQUE RECOLECTOR DE CONDENSADO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 43
En el tanque recolector de condensado de la planta soluble se puede
observar que se está perdiendo gran cantidad de energía (Ver figura # 29 y #
30).
FIGURA # 30
PÉRDIDA DE ENERGÍA EN EL TANQUE RECOLECTOR DE CONDENSADO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
El condensado puro que se almacena en este tanque es enviado a un
tanque recolector de condensados vertical por medio de dos bombas de ciclos,
este tanque tiene una capacidad de 9m3.
La temperatura de llegada del condesado es de 60 ºC a la presión
atmosférica.
FIGURA # 31
TANQUE RECOLECTOR DE CONDENSADO VERTICAL
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 44
En el proceso de Evaporación que se realiza en la planta soluble se
genera un valor promedio de 194.4 m³/día de condensado orgánico los cuales
se votan al canal de aguas residuales y es transportada a la planta de efluentes
donde se ve limitada debido al incremento que genera el ingreso de dicho
caudal de condensado para la capacidad de tratamiento de agua instalada (Ver
figura # 32).
FIGURA # 32
PÉRDIDAS DE CONDENSADO ORGÁNICO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
TABLA # 3
CAUDALES PROMEDIOS DE CONDENSADO ORGÁNICO EN LOS 3
EFECTOS Y EL CONDENSADOR DEL EVAPORADOR
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Departamento de producción
Primer
efecto
Segundo
efecto
Tercer
efecto
Condensador Total
Caudal
( m³/día) 90.72 33.66 33.49 36.48 194.4
PH 2.97 2.8 2.51 2.75
T(ºC) 74.1 73.8 69.9 36.7
Situación Actual 45
El caudal promedio de condensado orgánico fue obtenido de un análisis
que se realizó en el evaporador tubular para poder tener una idea de cuánto
condensado se está desechando en cada uno de los efectos y el condensador.
El evaporador tubular está conformado por 3 efectos y tres calandrias, existen
cuatro salidas de condensado: la de cada uno de los efectos y la del
condensador que esta al final del proceso. (Ver tabla # 3)
Este condensado orgánico no se lo está recuperando debido a que
anteriormente se lo enviaba hacia los calderos para su funcionamiento pero
ocasionaba problemas en las calderas Fulton, ya que dichos equipos poseen
unos sensores de conductividad que detectaban un alto nivel de materia
orgánica en el condensado y por seguridad la caldera se apagaba. El
condensado que se obtiene de los efectos contiene 1500ppm de materia
orgánica y el fabricante de los calderos Fulton indica que solo permite hasta
5ppm de materia orgánica en la alimentación de condensado.
Para el caso de los Calderos Cleaver Brooks no poseen sensores de
conductividad, sino poseen flotadores de niveles y si permiten que esa cantidad
de materia orgánica ingrese al sistema.
Los condensados puros que se obtienen de la planta liofilizado batch
específicamente del condensado que se produce en el sistema de vació jet
eyector de 2 etapas y en la cámara de secado se acumulan en un tanque
recolector de condensado de una capacidad de 800 litros.
El condensado que se produce en el descongelamiento de los
condensadores de las cámaras de secado no se lo está recuperando, debido a
que es enviando a la planta de tratamiento de agua para luego desecharlo al
alcantarillado (Ver figura # 33).
En este proceso se puede recuperar gran cantidad de agua debido a que
en la planta batch se tiene 7 cámaras de secado cada una posee dos
condensadores bondles, pero al momento se está desperdiciando toda esta
agua ya que es depositada al alcantarillado.
Situación Actual 46
FIGURA # 33
DESPERDICIO DE CONDENSADO EN EL DESCONGELAMIENTO DE
CONDENSADORES
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Los condensados puros que se obtienen de la planta liofilizado continua
específicamente aquel que se produce en el sistema de vació jet eyector de 5
etapas y en la cámara de secado continuo se acumulan en un tanque
recolector de condensado de una capacidad de 1000 litros (Ver figura # 34).
En esta figura se puede observar cómo se está desperdiciando condensado,
debido a que este tanque no satisface las capacidades de condensado que se
genera en esta planta, por lo que reiteradamente se tapona y hace que el
condensado se derrame en el piso.
FIGURA # 34
TANQUE RECOLECTOR DE CONDENSADO PLANTA CONTINUA
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 47
Además no se está recuperando el condensado que se genera al
realizar el descongelamiento de los seis condensadores que posee la cámara
de secado.
Todo los condensados puros que se obtienen de la liofilizado batch y
liofilizado continuo se acumulan en un tanque recolector de condensado
horizontal de una capacidad de 1500 litros (Ver figura # 35).
La temperatura del condensado al llegar a este es de 60ºC, pero existe
perdida de calor debido a que dicho tanque se encuentra en mal estado y a su
vez el material del que está construido no es el idóneo para almacenar
condensado.
FIGURA # 35
TANQUE RECOLECTOR DE CONDENSADO DE LA PLANTA BATCH Y
CONTINUA
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Situación Actual 48
Con la utilización de estos deareadores se está evitando alimentar con
agua fría las calderas, previniendo que se genere un choque térmico dentro de
la misma al mismo tiempo se evita daños en los tubos y en las partes
presurizadas. Adicionalmente, aumentando la temperatura de alimentación del
agua se gana eficiencia térmica, ya que el gradiente de temperatura que se
requiere para convertir el agua en vapor es menor, lo que implica un ahorro de
combustible.
El tanque recolector de condensados vertical (Figura # 31) que
almacena el condensado de la planta soluble que está a una temperatura de
60ºC alimenta al deareador # 1.
El tanque recolector de condensados horizontal que almacena el
condensado de las plantas liofilizado Batch y continua que está a una
temperatura de 60ºC alimenta al deareador # 2.
El tanque deareador # 1 alimenta de agua a las calderas 1 y 2, y el
tanque deareador # 2 alimenta a las calderas 3,4 y 5.
FIGURA # 36
TANQUE DEAREADOR Nº 1
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Este tanque se encuentra en buenas condiciones en la actualidad y es
de mucha ayuda para el proceso de generación de vapor. .
CAPÍTULO 3
ANÁLISIS Y DIAGNÓSTICO
3.1 Análisis de datos e identificación de problemas
Las calderas o generadores de vapor son instalaciones industriales que,
aplicando el calor de un combustible sólido, liquido o gaseoso, vaporizan el
agua para aplicaciones en la industria. El objetivo principal es generar agua
caliente o generar vapor para planta de fuerza funcionan mediante la
transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible
por lo general se utiliza el bunker.
Los calderos para su funcionamiento utilizan el condensado que se
obtiene del vapor puro que se usa en los procesos de producción de vapor.
Los condensados puros que se obtienen de la planta Soluble se
descargan en un pequeño tanque ubicado diagonal a la puerta de ingreso a la
planta de Efluentes, el cual es enviado por medio de dos bombas de ciclo
hacia 1 tanque que lo llamaremos Vertical con capacidad de 9m³ y en la parte
superior de este tanque se encuentra otro que lo llamaremos Horizontal al
cual le llegan los condensados que provienen de la planta Batch y Continua.
Estos tanques mencionados se ubican en el área de calderos en donde
el tanque Vertical es el que alimenta al Deareador 1 el cual suministra
condensado a los Calderos Cleaver Brooks 1 y 2 y el Deareador 2 suministra
condensado a los Calderos Fulton 3,4 y 5.
Actualmente el tanque Horizontal que recepta condensados puros de la
planta Batch y Continua está en deplorables condiciones y del material que
está construido no es el ideal para almacenar condensado por este motivo
debe ser reemplazado.
Análisis y Diagnostico 50
FIGURA # 37
TANQUE HORIZONTAL
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Figura 37: Tanque horizontal recepta condensados puros de la planta
Batch y continúa.
FIGURA # 38
TANQUE VERTICAL
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Figura 38: Tanque vertical recepta condensados puros de la planta
soluble.
Análisis y Diagnostico 51
CUADRO DE CONDENSADOS ORGÁNICOS
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de producción
“En este cuadro se muestran resultados de valores de caudales
promedios que se obtiene de cada efecto de producto del Evaporador Tubular
realizados en la planta de Efluentes”
El proceso de Evaporación que se realiza en la planta Soluble genera
un valor promedio de 194.4m³/d. de condensado los cuales se desechan y
llegan a la planta de efluentes donde se ve limitada debido al incremento que
genera el ingreso de caudal de condensado a su capacidad de tratamiento de
agua instalada.
FIGURA # 39
FLUJO DE CONDENSADO ORGÁNICO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Figura 39: Flujo de condensado Orgánico que se obtiene de los efectos de
producto del Evaporador Tubular. (Actualmente este condensado se vota al
canal de aguas residuales a tratarse en la planta de Efluentes)
Condensador 1er. efecto
2do. efecto
3er. efecto
TOTAL
Caudal (m³/d) 36.48 90.72 33.66 33.49 194.4m³/d
PH 2.75 2.97 2.8 2.51
T (ºC) 36.7 74.1 73.8 69.9
Análisis y Diagnostico 52
Este condensado es de tipo orgánico, es decir, el que se obtiene de
cada efecto de producto del proceso que realiza el evaporador tubular, y no se
lo está recuperando debido a que anteriormente se lo enviaba a hacia los
calderos para su funcionamiento pero ocasionaba problemas en los calderos
Fulton ya que dichos equipos poseen unos sensores de conductividad que
detectaban un alto nivel de materia orgánica en el condensado que ingresaba
y por seguridad el caldero se apagaba. “El condensado que se obtiene de
los efectos contiene 1500ppm de materia orgánica y el fabricante de los
calderos Fulton indica que solo permite hasta 5ppm de materia orgánica
en la alimentación de condensado.”.
3.2. Diagrama Causa – Efecto
Microsoft Project (o MSP).- es un software de administración de
proyectos diseñado, desarrollado y comercializado por Microsoft para asistir a
administradores de proyectos en el desarrollo de planes, asignación de
recursos a tareas, dar seguimiento al progreso, administrar presupuesto y
analizar cargas de trabajo.
El diagrama Causa-Efecto es llamado usualmente Diagrama de
“Ishikawa” porque fue creado por Kaoru Ishikawa, experto en dirección de
empresas; también llamado “Diagrama Espina de Pescado”.
Es ideal para analizar una situación, un suceso o un problema,
ayudando a pensar en todas las causas reales y potenciales del hecho y no
solamente en las más obvias o simples.
Propicia el trabajo cooperativo, el análisis, la propuesta de posibles
soluciones y la creación de planes de acción.
La siguiente figura describe el proceso de construcción de una de las
herramientas más útiles para la ordenación de ideas y solución de problemas.
(Ver anexos pág. 103 y 104)
Análisis y Diagnostico 53
3.3 Análisis de las cinco fuerzas de Porter
ANÁLISIS COMPETITIVO FUERZAS DE PORTER
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Fuente: Gestión de calidad
Grado de rivalidad entre los competidores actuales
En el sector cafetero actual se tiene un gran número de marcas como:
SICAFE – DON CAFE – NESCAFE. Entre otras, que en sus diversidades de
productos tienden a mejorar su calidad y rapidez de fabricación y entrega. Se
planea ingresar al mercado con nuevos productos mejorando la calidad y
eficiencia del proceso de producción. Se aspira a que los clientes potenciales
sepan apreciar esta innovación.
Competidores potenciales
La empresa se preocupa por complacer a sus clientes y por esta razón
pretende mejorar sus procesos de producción para elevar la calidad del
producto y ser más eficiente en cuanto a la fabricación y contribución con el
medio ambiente, de esta manera se pretende ocupar el primer lugar dentro del
mercado y evitar que los competidores asuman un lugar inalcanzable para la
empresa. (Ver anexo # 5 pág.94)
COMPETIDORES
POTENCIALES
COMPETIDORES EN EL SECTOR
INDUSTRIAL
______________________
RIVALIDAD ENTRE LOS COMPETIDORES
EXISTENTES
PODER
COMPRADORES
PODER
PROVEEDORES
PRODUCTOS
SUSTITUTOS
Amenaza de
productos o servicios
sustitutos
Poder de negociación
de los proveedores
Amenaza de nuevos ingresos
Poder de negociación
de los clientes
Análisis y Diagnostico 54
Amenaza de productos sustitutos
El negocio compite en un sentido general con empresas que producen
el café instantáneo con un valor agregado, es decir como café capuchino, café
con crema con la marca Colcafé por lo que representaría este como un
producto sustituto. Así como también productos como el Té, bebidas gaseosas
y bebidas aromáticas.
Esta amenaza se debe a que los clientes rechacen el café por falta de
aroma o sabor y el no querer experimentar de algo inexistente anteriormente y
que desconocen que beneficios obtendrían.
En el mercado existen muchos productos sustitutos pero siempre
prevalece la marca y la forma de atender al cliente.
Poder de los proveedores
Se considera que el poder de los proveedores es bajo, debido a la gran
oferta de materia prima que se encuentra en el mercado. En lo referente a las
demás componentes que intervendrían en el proceso de fabricar el producto,
como los componentes químicos, se estima que sus precios se mantendrán
estables, aunque los químicos puedan tener restricciones o subir de precio a
corto o mediano plazo por su composición y su utilización variada.
Poder de los compradores
El poder de los compradores es bastante elevado debido a que existen
en el mercado otros ofertantes de productos que satisfacen la misma
necesidad mediante el cual se puede escoger entre ellos, lo cual nos limita en
la fijación de nuestro precio.
3.4 Impacto económico de problemas
Hasta el momento la planta industrial El Café de Guayaquil se ve
inmersa en muchos gastos debido a la cantidad de agua y de combustible que
se usa en el proceso, existe demasiado desperdicio de condensado ya que
Análisis y Diagnostico 55
este es desechado al alcantarillado y debería ser reprocesado para bajar los
costos de producción.
También existen problemas con los equipos de proceso en este caso las
bombas que son utilizadas en el sistema de evaporación ya que sufren daños
eléctricos y mecánicos debido a que se encuentran cerca del lugar donde se
desecha el condensado y este les afecta por la temperatura y la humedad que
se genera, la empresa anualmente gasta $10.800 en repuestos y reparaciones
debido a este problema.
La empresa consume más de 5000 m³/d según la facturación de agua
potable en Guayaquil para aquellos que sobrepasan este consumo el valor por
metro cubico tiene un costo de $2,651(Ver anexo 6 pág. 96), la empresa
diariamente pierde 194.4m³/d, anualmente estaría perdiendo 70.956m³/año
esto le ocasiona una pérdida de $188.104,356 anuales.
Con la implementación de este proyecto se disminuiría estas pérdidas
en su totalidad ya que todo el condensado que ahora es depositado en las
alcantarillas seria reutilizado para los diferentes procesos, al mismo tiempo se
aumentará la eficiencia de las calderas debido a que el agua (condensado)
utilizada tendría una temperatura de ingreso de 138 grados centígrados lo
cual nos beneficia ya que ahorraremos entre un 15 y 35% de combustible al no
tener que calentar el agua.
Cálculos:
194.4m³/d * 355 días al año = 70.956m³/anuales
70.956m³/d * $2.651 = $188.104,356
En esta sección se detalla los consumos de bunker, agua y químicos del
primer semestre del año 2013. Esta información es tomada del Control de
Medidores de Proceso (Sistema de Gestión de Calidad).
Análisis y Diagnostico 56
Consumo de Bunker
TABLA # 4
CONSUMO DE BUNKER GALONES POR TONELADAS DE PRODUCCIÓN “SPRAY” PRIMER SEMESTRE 2013
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de calidad
TABLA # 5
CONSUMO DE BUNKER GALONES POR TONELADAS DE PRODUCCIÓN “AGLOMERADO” PRIMER SEMESTRE 2013
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de calidad
Análisis y Diagnostico 57
TABLA # 6
CONSUMO DE BUNKER GALONES POR TONELADAS DE PRODUCCIÓN “LIOFILIZADO BATCH” PRIMER SEMESTRE 2013
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de calidad
TABLA # 7
CONSUMO DE BUNKER GALONES POR TONELADAS DE PRODUCCIÓN “LIOFILIZADO CONTINUO” PRIMER SEMESTRE 2013
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de calidad
Análisis y Diagnostico 58
Consumo de agua
TABLA # 8
CONSUMO DE AGUA MT3 POR TONELADAS DE PRODUCCIÓN “SPRAY” PRIMER SEMESTRE 2013
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de calidad
TABLA # 9
CONSUMO DE AGUA MT3 POR TONELADAS DE PRODUCCIÓN “AGLOMERADO” PRIMER SEMESTRE 2013
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de calidad
Análisis y Diagnostico 59
TABLA # 10
CONSUMO DE AGUA MT3 POR TONELADAS DE PRODUCCIÓN “LIOFILIZADO BATCH” PRIMER SEMESTRE 2013
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de calidad
TABLA # 11
CONSUMO DE AGUA MT3 POR TONELADAS DE PRODUCCIÓN “LIOFILIZADO CONTINUO” PRIMER SEMESTRE 2013
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de calidad
Análisis y Diagnostico 60
Consumo de químicos
TABLA # 12
CONSUMO DE ADITIVOS QUIMICOS EN EL ÁREA DE CALDERAS Y RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS PRIMER
SEMESTRE 2013
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Gestión de calidad
3.5 Diagnóstico de la situación actual Recuperación de Condensado Orgánico
El condensado es drenado del proceso de vapor a través de las trampas
de vapor. Las trampas de vapor descargan a un sistema recolector de
condensado. Cuando el condesado es drenado de los procesos a una presión
de 220Psi, pasa a través de una trampa de vapor a una menor presión,
entonces un porcentaje del condensado podría ser vapor flash y el recolector
de condensado podría ventear a la atmósfera este vapor flash, lo que significa
pérdidas para el sistema, el sistema actual tiene muchas deficiencias, no hay
tanques de recolección que almacenen todo el condensado que genera la
planta, la mayor parte de él es depositado en el alcantarillado.
El agua es el elemento más importante para la vida, es de una
importancia vital para el ser humano, así como para el resto de animales y
seres vivos que nos acompañan en el planeta Tierra. Esta problemática
Análisis y Diagnostico 61
del agua que se nos presenta en la actualidad es un tema que cada día ocupa
más la atención de científicos, técnicos, políticos y en general, de muchos de
los habitantes del planeta. .
En el Ecuador, el agua se desperdicia entre el 30% y 40% tanto en
zonas urbanas como en las rurales a pesar de que todavía hay zonas que
sufren de escasez. Este proyecto no solo se basa en optimizar el sistema de
recuperación de condensado y en aumentar la eficiencia de los equipos sino
también en ayudar al medio ambiente.
La empresa trabaja bajo la ISO 14001 es una norma aceptada
internacionalmente que establece cómo implementar un sistema de gestión
medioambiental eficaz.
La certificación ISO 14001 tiene el propósito de apoyar la aplicación de
un plan de manejo ambiental en cualquier organización del sector público o
privado. Fue creada por la Organización Internacional para Normalización
(International Organization for Standardization - ISO), una red internacional de
institutos de normas nacionales que trabajan en alianza con los gobiernos, la
industria y representantes de los consumidores.
Los residuos de condensado depositados en el alcantarillado no son
contaminantes y no causan daño al medio ambiente.
CAPÍTULO 4
PROPUESTA
4.1 Planteamiento de alternativas de solución de problemas
La razón primordial de este proyecto es la recuperación de 194.4m³/d de
condensado que se desecha, dándole un mejor uso que permita obtener
ventajas tanto en ahorro de costos y energía ya que beneficiara al sistema de
generación de vapor y a la planta de efluentes, bajando la carga para
tratamiento.
Para mejorar el sistema de generación de vapor y bajar la carga en la
planta de efluentes se propone:
1. Colocar un tanque nuevo que reemplazará al actual tanque Horizontal
(Figura A), el que se llamara Surge Tank (figura E), y receptará todos los
condensados puros generados por todas las plantas, el Surge Tank por
medio de una bomba abastecerá al Deareador 2 y alimentara a los calderos
Fulton #3, 4 y 5, permitiendo un mejor rendimiento a todo el sistema por las
características que posee este Surge Tank (ver alcance 1) en comparación
con el actual.
2. Para el condensado orgánico que genera el evaporador tubular, se colocara
un nuevo tanque (ver figura I) junto al actual de condensado puro que esta
diagonal a la puerta de ingreso a Efluentes (área de recuperación de
condensado, ver figura H).
Este tanque almacenará el caudal orgánico generado, el cual se lo tratara
con químicos para aumentar su PH y otras condiciones y luego será
enviado por una nueva bomba, hacia el actual tanque Vertical (Figura B),
Propuesta 63
que abastecerá al Deareador 1; este alimentara a los calderos Cleaver
Brooks 1 y 2.
3. Con la recuperación de este condensado se reduce el flujo que llega a la
planta de Efluentes, la que de manera más eficiente permitirá tratar los
desperdicios residuales generados por los demás procesos, ya sea por
limpieza de equipos, residuos de producto, etc.
Estos cambios e implementaciones permitirán una mejora en los
procesos descritos.
Características principales del nuevo surge tank
Presión del Surge Tank= 70PSI
Entalpia del agua a 70PSI : 286 BTU/lb.
Calor latente de evaporación a 70 PSI : 1,185 BTU/lb
Porcentaje de vapor “flash” : 7%
Cantidad de condensado que retorna : 1,467.12 lb/hr
como vapor “flash” al Deareador.
Cantidad de vapor requerida para : 3,195.20 lb/hr
deareación del agua de reposición.
Cantidad de vapor que debe : 0 lb/hr
suministrar el caldero para el deareador
Utilizando un sistema de condensado presurizado se puede ahorrar
entre un 15% a 35% en combustible en comparación con un sistema de
retorno de condensado utilizando un tanque convencional venteado.
El sistema de condensado presurizado no es un lujo, pero es un
componente necesario para maximizar o incrementar la eficiencia de del
sistema de vapor.(Kelly., 2006)
El condensado retorna directamente al llamado “Surge Tank” de alta
presión (High Pressure receiver) instalado en la sala de calderos, a una
Propuesta 64
presión de 70 Psi, desde aquí se alimenta el agua a 138ºC. El agua de
reposición (Make-up), que viene de los ablandadores hacia el deraredor es
mínima, y por supuesto se logra una eficiencia total que pasa del 85% con un
considerable ahorro de combustible y agua.
Una vez mencionada las ventajas de utilizar el Surge Tank en el sistema
de recuperación de condensado procedamos a calcular el ahorro de energía
que se tiene con la utilización del mismo.(Yunus, 2006.)
Para poder calcular el porcentaje de pérdida de vapor flash en este
sistema podemos hacer uso de la ecuación 1:
presión alta a latenteCalor
presión baja a sensibleCalor -presión alta a sensibleCalor FlashVapor % Ec. 1
Dónde:
El calor sensible a alta presión es la entalpía de líquido saturado a los
220 Psi (hf) que es la presión de operación de las calderas, cuyo valor
corresponde a 370.14 Btu/lb
El calor sensible a baja presión es la entalpía del agua a la presión de
70 Psi (hf) cuyo valor corresponde a 286.39 Btu/lb
El calor sensible a alta presión es la entalpía de evaporización a la
presión de 70 Psi (hfg) cuyo valor corresponde a 1,184.2 Btu/lb
Reemplazando los valores en la Ec. 1 se obtiene:
1,184.2
286.39 - 370.14FlashVapor %
%7FlashVapor %
Propuesta 65
Usando este porcentaje, se podrá calcular la cantidad de condensado
que retorna como vapor flash al deareador utilizando la ecuación 2:
flash vapor % x condensado de retorno de Cantidadflashm Ec.2
Dónde:
Cantidad de retorno de condensado= 20,958.8 lb/hr
% Vapor flash= 7%
Se procede a reemplazar los valores en la Ec. 2 y se obtiene que:
lb/hr 20,958.8 x %7flashm
hrlbm flash /12.467,1
Y como ya se había calculado que la cantidad de vapor requerido para
la deareación del agua de reposición es de 3,195.20 lb/h, se puede obtener
que la cantidad de vapor que debe suministrar la caldera al deareadores
mínima, la misma que se la puede aproximar a 0 lb/hr.
Ahora se debe calcular el calor total que deben suministrar las calderas
con el Surge Tank aplicando la ecuación 5:
T
utilcaldera
Q
Q
lCalor tota
útilCalor Ec. 5
Así mismo como se calculó el calor útil utilizando un tanque venteado se
usa la ecuación 6:
Propuesta 66
DCBAútil QQQQQ Ec. 6
Se procede a calcular el útilQ sabiendo que
AQ : Es igual al calor generado por la caldera y retorna al Surge Tank:
))(( 312 fgflashA hhmmQ Ec. 7
Dónde:
2m Cantidad de retorno de condensado cuyo valor es de 20,958.8lb/hr
hrlbm flash /12.467,1
1gh Entalpía de vapor saturado a la presión de operación de la caldera
220 Psi cuyo valor es de 1200.4 Btu/lb
3fh Entalpía de líquido saturado a la presión del Surge Tank a 70 Psi
cuyo valor es de 286.39 Btu/lb
Se reemplaza los valores en la Ec. 7:
Btu/lb)39.286 1,200.4(lb/hr),467.121-20,958.8( AQ
Btu/hr 44.590,815´17AQ
BQ : Es igual al calor que ingresa al Surge Tank como reposición (make-
up), por ende 0BQ .
Propuesta 67
CQ : Es igual al calor generado por la caldera que va al tanque deareador y
viene dada por la siguiente ecuación:
flashfgC mARmhhQ )%*(*)( 141 Ec. 10
1m Flujo estimado de vapor requerido por la planta cuyo valor es de
38,812.5 lb/hr
hrlbm flash /12.467,1
1gh Entalpia de vapor saturado a la presión de operación de la caldera
220 Psi cuyo valor es de 1,200.4 Btu/l
4fh Entalpia de líquido saturado a la presión de 10 Psi, cuyo valor es de
208.42 Btu/lb
)(%AR = Porcentaje de agua de reposición, estamos asumiendo un valor
estimando que es del 46%
Se reemplaza los valores en la Ec. 10:
12.467,1%)46*5.812,38(*) 208.42 1,200.4( CQ
Btu/hr6.916,165´19CQ
DQ : Es igual al calor requerido para la deareación del agua de reposición, por
ende 0DQ .
Una vez calculado AQ , BQ
, CQ y DQ
se procede a reemplazar los
valores en la ecuación 6, para obtener útilQ .
Propuesta 68
DCBAútil QQQQQ
hrBtuQútil /)6.916,165´1944.590,815´17(
hrBtuQútil /04.507,981´36
Ahora se procede a calcular el calor total generado por las calderas
utilizando un Surge Tank, con la ecuación 5, asumiendo que la eficiencia de
las calderas es del 80%.
caldera
T
utilQQ
80.0
/04.507,981´36Q
hrBtuT
hrBtuT /8.883,226'46Q
Una vez realizado los cálculos energéticos del sistema actual de
recuperación de condensados y los cálculos energéticos utilizando un Surge
Tank en el sistema de recuperación de condensado se podrá ver la cantidad
de energía que se ahorraría:
hrBtuahorrado /8.883,226'4684.717,240'54Q
hrBtuahorrado /04.834,0138́Q
Propuesta 69
Recuperación de Condensado Puro
1.) Implementación de Nuevo tanque llamado Surge Tank (figura 42) que
reemplazará al actual tanque Horizontal (figura 37 pag.50), que
recepta los condensados puros de la planta Continua y Batch. A este
tanque se conectarán las líneas de tubería que traen el condensado
puro el cual será bombeado hacia el tanque Deareador 2
FIGURA # 40
TANQUE DEAREADOR #2
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
FIGURA # 41
BOMBA DE ALIMENTACION AL DEAREADOR #2
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Propuesta 70
FIGURA # 42
SURGE TANK
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Figura 42: Surge Tank “dibujo esquemático mostrando sus niveles de
presión y temperatura de trabajo “.El cual alimentara a los calderos Fulton # 3,
4 y 5, este deareador trabaja a una presión de 10 PSI.
Recuperación de Condensado Orgánico
2.) El tanque Vertical (Figura 43, deberá repararse), tendrá otra función,
va a receptar el condensado orgánico generado en la planta Soluble el
cual será tratado en un nuevo tanque (Figura 44), a instalarse en el
área de condensado (figura 45).
Para este trabajo, se instalaran nuevas líneas de tubería desde el área
de ubicación del nuevo tanque hasta el área de calderos donde se conectarán
con el tanque vertical y el condensado orgánico será bombeado hacia el
Deareador 1, el cual alimentará a los Calderos Cleaver Brooks (Ver esquema
actual y propuesto anexos # 7 y # 8 en págs. 97 y 100).
Propuesta 71
FIGURA # 43
TANQUE VERTICAL
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
FIGURA # 44
NUEVO TANQUE VERTICAL
Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Figura 44: Nuevo tanque a instalarse para tratar los condensados
orgánicos que se obtienen de cada efecto.
FIGURA # 45
AREA DE CONDENSADO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Propuesta 72
Figura 45: Tanque recuperador de condensado puro ubicado diagonal a
la puerta de ingreso planta de Efluente.
FIGURA # 46
MANIFOLD DE CONDENSADO
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Figura 46: Manifold donde llegan los condensados orgánicos de los
efectos del Evaporador Tubular (actualmente no le está llegando condensado
porque se lo envía a efluentes).
FIGURA # 47
DEAREADOR #1
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Figura 47: Deareador 1 el cual alimenta a los Calderos C. Brooks 1- 2.
Propuesta 73
FIGURA # 48
BOMBA DE ALIMENTACION
Tomado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente Fuente: Empresa El Café
Figura 48: Bomba de alimentación de condensado al Deareador 1;
Las Figuras mostradas representan el esquema de lo que se desea
implementar para dar mejoras al sistema de generación de vapor y ayudar al
tratamiento de agua residual que realiza la planta de Efluentes.
4.2 Costos de alternativa de solución
El costo que la empresa afrontará por realizar este proyecto es de
$49.220,00 por la construcción y montaje del nuevo tanque, debido a que las
calderas y los sistemas de procesos no pueden ser paralizados por mucho
tiempo se contratara a personal externo y esto tendrá un costo de $4.320,00,
adicional a esto la empresa tendrá que adquirir algunos insumos como
bombas para la recolección y envió de condensado hacia el nuevo tanque así
como también líneas de tuberías para las conexiones, esto tendrá un costo de
$14.723,82. Dando como resultado la cantidad de $68.263,82 la cual será el
total de la inversión.
Propuesta 74
PROFORMA DISEÑO DEL TANQUE DE COMPENSACIÓN "SURGE TANK"
DETALLE CALDEROS &
AFINES ING. OSWALDO ESPINOZA
DATOS GENERALES
PROCESO DE CONSTRUCCIÓN
*TANQUE DE ACERO AL CARBONO ASTM 515G70 3/8",SOLDADO CON PROCESO ARCO SUMERGIDO
*PRESION DE DISEÑO 105 PSI
*PRESION DE OPERACIÓN 70 PSI
*TEMPERATURA DE OPERACIÓN 160 C
*TIPO CILINDRO HORIZONTAL
*DIAMETRO DEL CILINDRO 1500mm
LONGITUD TOTAL 3000mm
*CALIDAD DEL MATERIAL ASTM/ASME SA-515 G70,378"
*TAPAS TIPO CASQUETE ELIPSOIDAL
*BASE DE VIGA IPE 100,6 metros, ALTURA
DATOS TÉCNICOS
INCLUYE
*SISTEMA AUTOMÁTICO DE ALIMENTACIÓN DE AGUA
*PANEL DE CONTROL GENERAL DE AUTOMATISMO
*DISTRIBUIDOR DE SALIDA DE AGUA PARA DOS TOMAS BRIDADAS DE 3" CON SUS RESPECTIVAS VALVULAS
*TAPA DE INSPECCIÓN TIPO HUECO DE HOMBRE OVALADO DE 11X15X1"
*CONTROL DE NIVEL ELECTRODOS WARRICH (TRES 2-1/2")
*JUEGO NIVEL VISOR DE AGUA 5/8"X36"
*TERMOMETRO BIMETALICO 150 C
*VALVULA DE SEGURIDAD 1"X1"X150PSI
*AISLAMIENTO TÉRMICO LANA DE VIDRIO 2" Y LÁMINA DE ALUMINIO e=0.7mm
*PASARELA ALTA DE CONTROL
*ESCALERA DE PROTECCIÓN
*MONTAJE Y PRUEBAS DE CORRECTA OPERACIÓN DEL SISTEMA
SUBTOTAL
$43,946,00 $49,100,00
IVA 12% $5,274,00 $5,900,00
TOTAL
$49,220,00 $55,000,00
Propuesta 75
Con la implementación de este proyecto la empresa estaría ahorrando
un valor de $188.104,36 anuales en agua ya que todo el condensado el cual
era desechado ahora será reutilizado en los diferentes procesos también se
ahorrará$10.800,00 anuales que es un valor promedio el cual la empresa
estaba perdiendo al invertir en repuestos y mantenimientos que se originaban
por daños en equipos ocasionados por exceso de humedad y salpicadura de
agua.
Se busca al mismo tiempo aumentar la eficiencia del sistema de
generación de vapor y disminuir el uso de combustible para los diferentes
procesos.
El costo del vapor o costo de generación del vapor ($/1000 lbs. vapor)
es una buena vía para poder conocer la eficiencia de un sistema de vapor.
Este costo depende del tipo de combustible que se utilice, del costo del
combustible, la eficiencia de las calderas, la temperatura de alimentación del
agua y la presión del vapor. El combustible que se utiliza en esta planta
industrial es el OilNº6(bunker).
Para saber el contenido de energía del OilNº6(bunker) se puede utilizar
la tabla # 13.
TABLA # 13
CONTENIDO DE ENERGÍA Y EFICIENCIA DE COMBUSTIÓN DE COMBUSTIBLES
Fuente: Manual Selmec de caldera Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Propuesta 76
El costo del OilNº6(bunker) es de 0.7224 $/galón.
Con el análisis energético realizado en los capítulos 2 y 4se puede
obtener el ahorro neto que se tiene utilizando el Surge Tank en vez de un
tanque venteado.
hrBtu /8.883,226'4684.717,240'54=Neto Ahorro
hrBtu /048´013,834.=Neto Ahorro
Como:
Para OilNº6(bunker) 1 galón=149,700Btu (Ver Tabla # 13)
Costo del Bunker = $ 0.7224/ galón
Se obtiene que:
galónBtu
hrBtu
/149,700
/048´013,834.=Neto Ahorro
galónhr
galón 7224.0$*53.53=Neto Ahorro
hr
8.673 $=Neto Ahorro
Considerando que la operación de las calderas es de 24 horas por día,
7 días de la semana y 48 semanas al año ya que deben entrar a
mantenimiento anual cada una, se obtiene que:
año
hr064,8*
hr
8.673 $=Neto Ahorro
año al 311,834.88 $ USD=Neto Ahorro
Propuesta 77
A este valor debe sumarse el valor de $188.104,36que es el ahorro que
obtendrá la empresa al reutilizar el condensado, y los $10.800,00 que es el
ahorro en repuestos y mantenimientos, entonces tendríamos un ahorro anual
de $ 510.739,24.
4.3 Selección de alternativa de solución
El objetivo principal del proyecto es analizar y comparar el ahorro
energético que se obtiene al implementar un Sistema Recuperador de
condensados presurizado utilizando un Surge Tank en vez del Sistema actual,
el que consta de un tanque recolector de condensados venteado a la
atmósfera. (Ver anexo 8 pág. 100).
CAPÍTULO 5
EVALUACIÓN ECONÓMICA
5.1 Determinación de costos fijos y variables de la propuesta
El análisis económico de la propuesta requiere del cálculo de la
inversión en activos fijos y los costos de operación que son realizados
anualmente. Obteniéndose todos los costos necesarios para hacer la inversión
requerida, se realizará la respectiva evaluación financiera, a través de los
indicadores financieros como son: Tasa Interna de Retorno (TIR), (VAN),
tiempo de recuperación de la inversión.
Inversión Fija
Este rubro se agrupa en tangible e intangible, diferenciación que va a
facilitar el costo del proyecto en su fase operativa. La estimación de la
inversión fija se basa en cotizaciones y/o proformas de los bienes y servicios a
utilizarse en la ejecución del proyecto. El costo fijo que invertirá la empresa
para la solución propuesta es la adquisición e implementación de un nuevo
tanque de almacenamiento.
TABLA # 14
LA INVERSIÓN FIJA
Ítem RUBROS Valor
1 Surge Tank $ 49.220,00
2 2 Bombas centrifugas 15 Hp $ 2.130,00
3 Accesorios y tuberías $ 5.230,00
4 Mano de obra externa $ 4.320,00
Total 60.900,00
Fuente: Tabla # 14 Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Evaluación Económica 79
Costos de Operación.
Los costos de operación están representados por la mano de obra y la
implementación del proyecto.
El siguiente cuadro muestra los costos que la empresa deberá asumir
para implementar la solución del problema.
TABLA # 15
COSTO DE OPERACIÓN
RUBROS Valor
1 Mantenimiento de bombas $ 4.720,19
2 Mantenimiento de líneas $ 2.643.63
Total $ 7.363,82
Fuente: Tabla # 15 Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
A continuación se observa un resumen del total de los costos fijos y de
los costos operacionales.
TABLA # 16
INVERSIÓN TOTAL
RUBROS Valor %
Inversión Fija $ 60.900,00 89.21%
Costos de operación $ 7.363,82 10.79%
Total $ 68.263,82 100%
Fuente: Tabla # 16 Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Evaluación Económica 80
5.2 Financiamiento del proyecto
El costo de la inversión total para el proyecto es de $ 68.263,82. Esta
inversión la estará realizando la empresa dependientemente de sus flujos.
5.3 Recuperación de la Inversión
Realizaremos el cálculo de la tasa de retorno y el tiempo para recuperar
la inversión se determina a través de las siguientes formulas.
F = p(1 + 𝑖)1/𝑛
I = (𝐹 + 𝑃)1/𝑛 - 1
Reemplazo de Formulas a continuación los datos respectivos:
Datos
F = 510.739,24
P = 68.263,82
I = ¿
N = 1 año
Entonces tenemos:
I = (510739,24 / 68.263,82) 1/1 – 1
I = 6.48 Anual
I = 0,54 % Mensual
Una vez determinada la tasa interna de retorno mensual se calcula a
continuación el tiempo en que se recupera la inversión.
5.4 Periodo de Recuperación del capital
Aquí se conocerá el tiempo en que se recupera la inversión, para ello se
usara la misma fórmula utilizada anteriormente, en esta fórmula:
Evaluación Económica 81
niFP )1(
TABLA # 17
RECUPERACIÓN ANUAL
Año Inversión futuro Interés Inversión Inversión A
0 68263,82
1
326079,69 0,54 $149996,66 $149996,66
2
335214,31 0,54 $154198,58 $304195,24
3
369428,97 0,54 $169937,33 $474132,57
4
406995,76 0,54 $187218,05 $661350,62
5
448256,85 0,54 $206198,15 $867548,77 Fuente: Tabla # 17 Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
Se puede observar que la inversión fija inicial de $68.263, 82 se
recuperará en 2 meses con una tasa de interés del 0,54%.
Debido a que los activos fijos que se requieren para la implementación
de la propuesta en el cambio de repuestos ya obsoletos y la implementación
del “Surge Tank”, la vida útil es de cinco años, entonces la inversión tiene
factibilidad económica.
5.5 Coeficiente Beneficio/Costo
Para encontrar la relación costo beneficio de la propuesta hay que
calcular el beneficio esperado en los 5 años y este valor hay que llevarlo a
valor presente, lo mismo se hace con el costo de operación.
El costo de la propuesta es la suma de la inversión inicial y el valor
acumulado de los costos de operación en valor presente obteniendo lo
siguiente.
En la siguiente relación se conocerá lo que la empresa percibirá por
cada dólar.
Evaluación Económica 82
Relacion beneficio − costo =beneficio
Inversion
Relación beneficio – costo =$326.079,69
$68.263,82
Relación beneficio – costo = $ 4,77
La relación beneficio - costo, indica que por cada dólar que va invertir la
empresa recuperará $ 4,77
En el cuadro inferior se presentan los rubros del cálculo beneficio.
TABLA Nº 18
FLUJO DE CAJA
Descripción 2014 2015 2016 2017 2018
Ingresos esperados 510739.24 561813.16 617994.48 679793.93 747773.32
inversión inicial 68263.80
capital socios 68263.80
préstamo 0
capital de operación
costos fijos 60900.00 66990.00 73689.00 81057.90 89163.69
costo de operación 7363.82 40425.00 44467.50 48914.25 53805.68
depreciacion 5135.00 4621.50 4159.35 3743.42 3369.07
total de capital operación 73398.82 112036.50 122315.85 133715.57 146338.44
utilidad neta 437340.42 449776.66 495678.63 546078.36 601434.88
Mant. Y reparaciones seguros 2567.50 2824.25 3106.675 3417.3425 3759.08
total de capital operación 434772.92 446952.41 492571.96 542661.02 597675.80
Impuesto a la Renta 25% 108693.23 111738.10 123142.99 135665.25 149418.95
FLUJO DE CAJA
Fuente: Tabla # 18 Elaborado por: Sornoza Navarrete Mario Vicente
El valor actual neto con un valor de $ 1´990.656,91, siendo así la
cantidad que se genera luego de recuperar la inversión. Demostrándose con
estos resultados la viabilidad del proyecto.
CAPÍTULO 6
PROGRAMACIÓN PARA PUESTA EN MARCAHA
6.1 Planificación y cronograma de implementación
Tareas a realizarse para este proyecto
1. Readecuación de tanque en acero inoxidable de 2m de alto, Ø1.20m y
con plancha de 3mm de espesor, que servirá para receptar el
condensado orgánico, (Esta en la chatarra).
2. Montaje de tanque recuperador de condensado orgánico en el junto al
tanque pequeño actual de condensado puro en planta soluble.
3. Reparación del tanque actual Vertical por presentar algunas
imperfecciones en su estructura.
4. Montaje de 73m lineales de tubería para dirigir condensado orgánico
hacia el tanque vertical en el área de calderos.
5. Instalación de bomba para enviar el condesado orgánico hacia el tanque
vertical.
6. Desmontaje del actual tanque Horizontal ubicado en el área de
calderos.
7. Diseño, Construcción y Montaje de tanque (Surge Tank) en plataforma
donde estaba el tanque Horizontal.
8. Interconexión en la tubería actual de succión de la bomba que alimenta
al Deareador 1 para instalar 8m lineales de tubería de Ø3” en H/negro
para By Pass entre el Surge Tank y Deareador 1.
9. Interconexión en la tubería de succión de bomba de alimentación al
Deareador 2, para instalar 7m de tubería de Ø3” en H/negro para
Programación Para Puesta en Marcha 84
conectar la línea que alimentará de condensado puro del Surge Tank al
Deareador 2.
10. Conexión de tuberías actuales de condensado puro al nuevo tanque
Surge Tank
11. Conexión de tubería actual de condensado orgánico que viene desde el
evaporador tubular al nuevo (figura 44) tanque que se ubicara en la
planta Soluble.
12. Conexión de tubería actual de condensado puro generado en la planta
Continua hacia el Surge Tank.
13. Conexión de tubería actual de condensado orgánico generado en la
planta continua hacia el tanque vertical ubicado en área de calderos.
14. Conexión del Deareador1 al Caldero # 1 Cleaver Brooks.
15. Instalación de un sistema de acceso para operación de los tanques
Deareadores.
6.2 Cronograma de implementación con la aplicación del programa
Microsoft Project.
Este programa contiene herramientas muy prácticas para la aplicación
de proyectos de todo tipo; con este programa se realizará el Diagrama de
Gantt, que servirá para establecer con claridad el desarrollo paso a paso del
proyecto. (Ver anexo 11 pág.105)
CAPÍTULO 7
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 Conclusiones
La razón primordial de este proyecto es la recuperación de condensado,
el mismo que hasta el momento es botado al alcantarillado, mientras que la
meta es darle un mejor uso que permita obtener ventajas tanto en ahorro de
costos y energía ya que beneficiará al sistema de generación de vapor y a la
planta efluentes, bajando la carga para tratamiento.
Para poder recuperar el condensado orgánico que se está votando en el
área de evaporación, se ha diseñado un tanque especial que almacene este
condensado orgánico, para que luego sea enviado al tanque vertical recolector
de condensados que está ubicado en el área de calderas, el mismo que ahora
tendría solamente la función de receptar los condensados orgánicos que se
generan en la planta soluble, y a su vez este alimentara al tanque deareador
Nº 1 para que alimente a las calderas Cleaver Brooks 1 y 2.El condensado
orgánico solamente va a ser utilizado en las calderas Cleaver Brooks debido a
que estas calderas si pueden recibir este tipo de condensado que contienen
1500 ppm (partículas por millón), a diferencia delas calderas Fulton que
solamente puede recibir condensados con 5ppm (partículas por millón) según
a las especificaciones del fabricante.
La inversión total será para la construcción y montaje de un nuevo
tanque recolector de condensado se invertirá $68.263,83 a recuperarse en el
primer año, con una inversión fija de $60.900,00 (89.21%) y los costos de
mano de obra e insumos con un valor de $7.363,82 (10.79%).
Los indicadores financieros resultantes de la puesta en marcha del
proyecto son los siguientes:
Conclusiones y Recomendaciones 86
Capital propio
TIR = 6.48%
Costo-beneficio = $4,77
Tiempo de recuperación del capital = 2 meses
7.2 Recomendaciones
Se recomienda lo siguiente:
1. Buscar mejoras en cada área de proceso ya que se puede ahorrar mucho
dinero implementando proyectos pequeños en busca de la mejora y
optimización de los sistemas.
2. Proporcionar capacitación a todo el personal para mejorar el desempeño en
cada área de trabajo de acuerdo al programa sugerido en anexos página 123.
3. Continuar realizando estudios para el mejoramiento del área de acuerdo a
las innovaciones de la tecnología en este campo.
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Deareadores.- Los deareadores constan de un domo y un tanque en los
cuales el oxígeno y el dióxido de carbono son eliminados del agua de
alimentación. Este tratamiento térmico del agua de alimentación garantiza una
alta eficiencia de operación y prolonga la vida útil de la caldera.
Extractores.- Aquí se almacena el café tostado para sacar la hidrólisis
mediante un proceso a altas temperaturas.
Hidrólisis.- Descomposición de sustancias orgánicas e inorgánicas
complejas en otras más sencillas por acción del agua.
Manifols.- Son el medio de entrada de agua para procesar la salida de
hidrólisis de los extractores.
Placas de enfriamiento.- Se usan para reducir la temperatura del producto
de 160º a 30º.
Surge Tank.- Es un tanque de compensación que se utilizará para
almacenar condensado
Tasa Interna de Retorno.- La tasa interna de retorno equivale a la tasa de
interés de un proyecto de inversión con pagos (valores negativos) e ingresos
(valores positivos) que ocurren en períodos regulares.
Valor Actual Neto.- La inversión VNA comienza un período antes de la
fecha del flujo de caja de valor1 y termina con el último flujo de caja de la lista. El
cálculo VNA se basa en flujos de caja futuros. Si el primer flujo de caja ocurre al
Anexos 88
inicio del primer período, el primer valor se deberá agregar al resultado VNA, que
no se incluye en los argumentos valores
.
Anexos 90
ANEXO 1
ORGANIGRAMA
Anexos 91
ANEXO 2
UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA EMPRESA El CAFÉ C.A
Anexos 92
ANEXO 3
ESQUEMA DE TRABAJO
Anexos 93
ANEXO 4
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS
Anexos 94
ANEXO 5
DIAGRAMA DE BLOQUES
Anexos 95
ANEXO 6
FACTURACION DE AGUA POTABLE
A continuación una explicación de cómo se facturan los servicios de agua
potable y alcantarillado a cargo de INTERAGUA:
El Agua Potable se calcula por rangos de consumo, de tal manera que el
cliente pagará por cada uno de los primeros 15m3 de agua potable (Rango de
0-15), el valor arriba indicado, por cada uno de los siguientes 15M3 (Rango de
16-30), el valor arriba mencionado y así sucesivamente, el valor total a
facturarse por Agua Potable será la sumatoria de los valores generados en
cada rango de consumo. Ejemplo: si Ud. consume 25m3, los primeros 15m3
están ubicados en el primer rango y los siguientes 10m3 corresponden al
segundo rango.
m3 Tarifa Aplicable Valor en US$ por Agua Potable
15 x 0.302 = 4.53
10 x 0.448 = 4.48
25
9.01
AGUA POTABLE CARGO FIJO CEM
RANGO DE
CONSUMO
m3
VALOR
POR m3
US$
DIAMETRO
DE LA
GUÍA
VALOR
US$
VALOR
US$
0- 15 $ 0,302 1/2 " 1,30 0,27
16- 30 $ 0,448 3/4" 8,68 0,62
31 - 60 $ 0,634 1 " 22,30 1,65
61 - 100 $ 0,752 1 1/2" 37,17 2,61
101 - 300 $ 0,835 2 " 37,17 8,92
301 - 2500 $ 1,276 3 " 61,96 16,47
2501 - 5000 $ 1,627 4 " 185,86 54,20
5001 o más $ 2,651 6 " o más 247,82 219,54
Anexos 96
El valor del Alcantarillado corresponde al 80% del valor facturado por
concepto de Agua Potable. .
El valor del Cargo Fijo es un valor mensual que cubre los costos de
comercialización y que se aplican en función del diámetro de la guía de
abastecimiento del inmueble del cliente. .
La sumatoria de estos 3 rubros constituye el Consumo del mes.
En caso de que el cliente sea beneficiario de la Tarifa Social y cumpla con los
requisitos exigidos para el efecto, sus consumos de hasta 30 m3 serán
facturados con una tarifa de US$ 0,10 por cada metro cúbico más un Cargo
Fijo de US$ 0,60.
Nota:
Estas tarifas se ajustan trimestralmente de acuerdo al índice de precios al
consumidor, energía eléctrica y salario mínimo vital, en base al Reglamento de
Estructura Tarifaria vigente. .
Adicionalmente se factura el CEM (Contribución Especial de Mejoras), que
es un valor mensual que cubre los costos de construcción de obras de
rehabilitación y mejoramiento en sectores críticos del sistema de drenaje
pluvial en la ciudad de Guayaquil. El valor que el cliente pagará por CEM es en
relación al consumo total de agua potable que efectúe, de tal forma que si
los consumos están en el rango de 0 hasta 15 m3 pagará US$ 0.27, si los
consumos están en el rango de 16 hasta 30 m3 pagará US$ 0.62, y así
sucesivamente.
Anexos 97
ANEXO 7
ESQUEMA ACTUAL
Anexos 98
CUADRO DEL ESQUEMA ACTUAL
DESCRIPCIÓN
1 Bomba de alimentación de condensado al Deareador # 1
2 Bomba de alimentación de condensado al Deareador # 2
3 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 1 CLEAVER BROOKS
4 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 2 CLEAVER BROOKS
5 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 3 FULTON
6 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 4 FULTON
7 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 5 FULTON
8 Tanque horizontal (recolecta los condensados puros de todas la plantas)
9 Tanque vertical
10 Tanque de condensado puro de la planta soluble
11 Bombas de ciclo de condensado puro planta soluble
12 Tanque de condensado puro de la planta continua
13 Bomba de ciclo de condensado puro de planta continua
14 Tanque Deareador # 1
15 Tanque Deareador # 2
16 Tanque de condensado que alimenta al Caldero Cleaver Brooks # 1
Flujo de condensado puro
Flujo de condensado orgánico
Anexos 99
Anexos 100
ANEXO 8
ESQUEMA PROPUESTO
Anexos 101
CUADRO DEL ESQUEMA PROPUESTO
DESCRIPCIÓN
1 Bomba de alimentación de condensado al deareador # 1
2 Bomba de alimentación de condensado al deareador # 2
3 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 1 CLEAVER BROOKS
4 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 2 CLEAVER BROOKS
5 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 3 FULTON
6 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 4 FULTON
7 Bomba de alimentación de condensado al caldero # 5 FULTON
8 Tanque Surge Tank (recolectara los condensados puros de todas las plantas)
9 Tanque vertical (recolector de condensado orgánico)
10 Tanque nuevo recuperador de condensado orgánico de Evaporación
11 Bomba nueva, enviara el condensado orgánico al tanque vertical
12 Tanque de condensado Puro de la Planta Soluble
13 Bomba de ciclo de condensado Puro de Planta Soluble
14 Tanque de condensado Puro Planta Continua
15 Bomba de ciclo de condensado Puro Planta Continua
16 Tanque Deareador # 1
17 Tanque Deareador # 2
Flujo de condensado puro
Flujo de condensado orgánico
Anexos 102
Anexos 103
ANEXO 9
DIAGRAMA CAUSA EFECTO
Anexos 104
ANEXO 10
DIAGRAMA CAUSA – EFECTO MEJORADA
Anexos 105
ANEXO 11
CRONOGRAMA DE IMPLEMENTACIÓN
Anexos 106
BIBLIOGRAFIA
Kelly., P. (2006). “Pressurized Condensate Return System”. Technical Manager Plant
Support & Evaluations.
Manson R., B., & Young F., D. (2003). Fundamentos de Mecánica de Fluidos. Madrid:
Limusa .
Selmec. (1980). Manual Selmec de Calderas.
Yunus, C. A. (2006.). Fundamentos de Termodinámica. Mc-Graw Hill.