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Mejoramiento de Procesos Críticos

Trabajo: Mejoramiento de Procesos Críticos en la fabricación del azúcar blanca Ingenio Santa Teresa – Guatemala

Descripción de la Maquinaria utilizada

Molino de extracción de jugo

En el Ingenio se cuenta con 4 molinos instalados en serie los cuales se componen de tres masas con ranuras de ½ por ½ pulgada, dichas masas son una cañera, una superior y una bagacera y el soporte de estas se compone por dos pedestales llamados vírgenes.

Los molinos también son conformados por un sistema hidráulico a 1,500 libras de presión, un peine superior, un peine bagacero y una cuchilla central y tienen una potencia de 180 HP.Imagen1

El problema principal del área de molinos es en las masas, ya que no tienen una abertura adecuada, obstaculizando de esta forma la mayor extracción de jugo.

Otro problema, cuando el bagazo al salir del molino anterior viene muy compactado produce un atascamiento en la entrada al molino siguiente, y el atascamiento es de tal punto que las masas no tienen la suficiente adherencia como para llevarse ese bocado, por lo que es necesario parar la molida para destruir el bagazo compactado.

Calderas

En las instalaciones de fábrica existen dos calderas pero solamente una se encuentra en funcionamiento, la cual tiene una capacidad de 40,000 lb/h su combustión es generada por bagazo o leña y tiene una operación semiautomática, está compuesta por un domo el cual se encuentra en la parte superior y debe contener de 40 a 50 % de agua para la producción de vapor, cuenta con un hogar en cuyo interior existe un aislamiento de material refractario para lograr retener por mayor tiempo la temperatura y permitir mayor transferencia de calor.

Sin título

Clarificador de jugo

En este equipo se obtiene el jugo claro y es una vasija en la que se clarifica el guarapo del azúcar, el clarificador instalado en la fábrica consta de un eje central que gira muy lentamente, las esImagen4pecificaciones de trabajo son las siguientes: capacidad del clarificador es de 20,000 galones, las dimensiones son diámetro de 14 pies, altura de 18 pies, cuenta con 4 bandejas, 4 bombas de diafragma, una por cada bandeja y la velocidad de rotación de trabajo es de 8 Rev. /hora.

Durante la zafra se suscitaronproblemas tales como: mal funcionamiento en las bombas de guarapo clarificado, problemas por agujeros en la tubería del guarapo clarificado y llenura en los tanques de alcalizado y clarificación.

En el área de clarificación el problema principal es en el jugo filtrado en los filtros de cachaza, ya que estos tienen un mesh (malla), no apropiada ya que no logra atrapar la cachaza mezclada con el jugo.

Evaporadores de múltiple efecto

SImagen5erie de cuerpos de superficie refractaria que evaporan el jugo a múltiple efecto, en el ingenio se cuenta con tres evaporadores provistos de una calandria de 7 pies de diámetro por 6 pies de largo, y el cuerpo de cada evaporador es de 9 pies de largo, para un largo total de 15 pies, para obtener una concentración de la meladura se trabajan con 10 a 12 lbs. de vapor.

Debido al tipo de proceso, en las calandrias de  los evaporadores y pre-evaporadores se  cumula una especie de sarro que provoca disminución  en la transferencia de calor, disminuyendo la eficiencia en la capacidad de evaporación del aparato.

Tachos

Se cuenta con una batería de cuatro tachos, los cuales tienen un diámetro de 79 pulgadas cada uno con un largo total de 19 pies, están provistos de una calandria de 4 pies de altura  tienen una capacidad de 235 pies cúbicos, y trabajan con vapor de 6 a10 lbs. y con un vació de 26 pulgadas de mercurio.

Los tachos trabajan con vapor vegetal de 5 y 10 psi procedentes del primer y segundo efecto de los evaporadores. En este equipo se obtiene la masa cocida que consiste en mieles y cristales de azúcar obtenidos de la sacarosa para luego ser enviado a los cristalizadores donde se prepara para ser centrifugado.

Cristalizadores de masa cocida

Estos son recipientes horizontales de tipo U con paletaImagen6s giratorias que mezclan la masa cocida, consiste en una serie de serpentines por donde pasa agua fría y caliente y tiene una serie de paletas para tenerle movimiento a la masa.

El objetivo del movimiento continuo a través de las paletas giratorias es evitar el endurecimiento de la masa y lograr que los cristales de azúcar se desarrollen.

Zaranda para atrapar bagacillo

Análisis del flujo del proceso

Recolección de caña

  •    Se corta verde y quemada
  •   Se coloca en jaulas a granel
  •   Se pesa y lleva a pre-lavado para eliminar la tierra (la que mas daña el proceso).

Preparación y extracción del jugo

  • La caña se lleva al patio y se descarga a la mesa para un segundo lavado y luego se troza en pedazos mas pequeñosImagen7
  • Se transporta (cadenas y tablillas  de acero) para un picado mas fino y se prensa por 4 molinos de acero sucesivos.

Después del 1er y 2do molino se agrega, a la fibra que sale, jugo macerado. A la fibra del 3er  molino se agrega agua (a 80°C) de imbibición para aumentar la extracción de sacarosa

 La maceración del jugo se hace mediante bombas

Purificación del jugo

El jugo se bombea a torres de Sulfitación (dióxido de azufre SO2 burbujeandImagen9o) para blanquear el azúcar.

 El jugo sulfitado pasa por gravedad a tanques de alcalización agregando cal hidratada para neutralizarlo (ph7).

Luego el jugo pasa a dos calentadores con calentamiento primario (90 a 180°F de 5 a 10 psi) y luego secundario (180 a 200°F con vapor a 10 a 20psi)

  El jugo caliente pasa al clarificador (20,000 galones) donde decanta (elimina impurezas) al usar un floculante (5ppm). El jugo clarificado se extrae desde arriba para ir a la evaporación.

El lodo (cachaza) en el fondo de los clarificadores se bombea (con bombas de diafragma) y por gravedad pasan a un filtro rotativo para extraer mas jugo (que va al alcalizado) y el resto se drena al canal de agua (desagües) para devolverlo al campo.

Evaporación del jugo

El jugo claro pasa a los evaporadores que constan de 3 vasos (pre-evaporadores) que eliminan el 80% de humedad y de cada uno de ellos se decantan a los mismos segundo, tercero y cuarto vaso (vía diferencial de presión) para terminar con una meladura de 55 a 60 Brix

  (55 a 60 gr. de azúcar por cada 100 gr. de meladura)

Cristalización del azúcarImagen10

La meladura pasa a los “tachos”, que trabajan en vacio, en donde por evaporación/calentamiento se satura (se cristaliza) y toma el nombre de “masa cocida” o “templa” la que por una válvula de pie pasa a un recibidor y luego a un mezclador para ser purgada en las centrifugadoras.

En el Ingenio se cuenta con 4 tachos a los que se va agregando meladura, miel, azúcar en polvo y alcohol isopropilico para lograr una pureza de Brix 65. En cada tacho se agrega miel/magma y semillas de cristalización de diferentes calidades para terminar siempre con tres  mezclas:

  A de 92 Brix, B de 94 Brix y C de 98 Brix

  Las mezclas pasan a los cristalizadores

Cristalizadores

  La mezcla C se descarga a un cristalizador horizontal tipo U (en el Ingenio hay 4) de paletas giratorias y serpentines de agua caliente y fría para separar la miel y recuperar mas fácilmente el azúcar.  La mezcla A y B solo se trabajan con las paletas giratorias y las tres pasan a las centrifugadoras

Separación y centrifugado

  Las centrifugadoras separan la miel (va a tanques) del azúcar (va al almacén) de las mezclas A y B. La miel de la mezcla C se envía a un tanque de melaza

Envasado

  El azúcar de las centrifugas se transporta por zaranda vibradora a un elevador de cangilones el que pasa por un gusano sin fin que dosifica el azúcar a una secadora y luego a una enfriadora para finalmente caer en una tolva para envasado (50 y 11.5 Kg).

Diagramas 

Imagen11

 

Imagen12

Cambios en la Maquinaria

A continuación se describen las modificaciones que se sugieren en las máquinas en el proceso de extracción del azúcar.

a) Cambio de Tela en el Secador Rotativo para Separar Sólidos del Líquido

Los beneficios esperados son: se mejora la calidad del clarificado ya que se evita el pase de bagacillo y demás sólidos que puedan estar presentes; se mejora la calidad del azúcar eliminándose los sólidos insolubles y se mejora el proceso en los tachos

b) Colocación de un Clarificador de Meladura en los tachos

Ayudará a eliminar los sólidos insolubles que estarán presentes en las masas ya que clarificará la meladura para obtener un material más claro y brillante y se mejora la calidad de la azúcar ya que el lavado en las centrífugas será menor.

c) Colocación de Tapaderas en todos los Tanques que Contienen Jugos y Mieles de Azúcar

Es importante garantizar la inocuidad de los alimentos, por ello es necesario para las buenas prácticas de manufactura garantizar que el proceso se realice de la mejor manera evitando el ingreso de agentes extraños.

Esto trae los siguientes beneficios:

  • Mejora la calidad del azúcar eliminando los sólidos y partículas volátiles dentro de los tanques.
  • Proceso mas limpio y libre de impurezas
  • Refleja las buenas prácticas de manufactura
  • Evita colillas de electrodos
  • Evita partículas de hierro.

d) Colocación de un Tanque de Soda para la Limpieza de los Calentadores

La limpieza consiste en la utilización de la fuerza de la soda cáustica para

quitar materiales indeseados que se agregan en superficies planas o curvas,

impidiendo el buen funcionamiento de los calentadores. Esto trae los siguientes beneficios:

  • Ahorro de recursos para efectuar esta labor como por ejemplo Mano de obra, compra de cepillos y varillas para realizar el trabajo.
  • Limpieza mas eficiente y rápida
  • Garantiza calidad del producto.

Imagen13Modificaciones del Proceso

a) Recolección de la caña

La caña deberá ser cortada a granel quemado, debido a que es el único tipo de corte que cumple con los requerimientos de fábrica y al mismo tiempo se estará garantizando una materia prima de excelente calidad y se obtendrá mayor cantidad de azúcar por tonelada molida.

b) Purificación del jugo

El proceso de filtrado de jugo se realizará a través de una zaranda de un mesh de 0.45mm para que atrape la mayor cantidad de bagacillo posible. El jugo después de ser alcalizado pasa a los calentadores en donde se le realiza un calentamiento primario y secundario, seguidamente se efectuara la limpieza de los calentadores con soda cáustica para garantizar un buen funcionamiento de los mismos en la siguiente producción.

c) Clarificación de meladura

A través de un clarificador de meladura, el principio de operación de este equipo consiste en la aplicación de floculante para extraer los sólidos por defecación, este químico es aplicado y mezclado constantemente a través de aire comprimido para lograr uniformidad en el proceso.

El tanque pulmón almacenará la meladura clarificada para luego ser enviada a los tachos, el proceso de cristalización será más eficiente debido a que se obtendrá azúcar de mejor calidad para ser procesada posteriormente en las centrífugas (Las principales ventajas obtenidas con un clarificador de meladura se mencionaron en la sección Cambios a la Maquinaria).

Estandarización de Tiempos

Para la estandarización de tiempos se empleó el método de Westin House el cual estudia al operario en cuatro áreas siendo estas habilidad, esfuerzo, consistencia y condición su aplicación es sumamente fácil y se apega a las condiciones de la empresa.

Las fórmulas empleadas para este método son:

TN = TC (% de calificación)

TE = TN (% de tolerancia)

Donde:

TN: Tiempo Normal

TC: Tiempo Cronometrado

TE: Tiempo estándar

El tiempo promedio de llenado de un saco de azúcar de 50 kilogramos es de 59.60 segundos, aplicando la fórmula anterior se obtiene un tiempo estándar de llenado.

TN = 59.60 (1.09) = 64.96 seg

TE = 64.96 ( 1.15) = 74.71 seg

El tiempo estándar para el llenado de un saco es de 1 minuto con 24 segundos. Para el resto del proceso la estandarización de tiempos no se puede realizar con el método de Westin House debido a que el proceso es semi-automatizado, por lo que dicha estandarización se efectuó realizando cinco mediciones de regresión a cero a cada componente del proceso de industrialización de azúcar, de donde se pudo observar que cuatro mediciones se mantenían dentro de un mismo rango quedando de esta manera la estandarización de tiempos.

Proceso estandar                                       (Min) Tiempo 

Trituración de caña                                         10

Extracción de jugo                                          50

separación de bagazo                                     5

Obtención de jugo claro                                 0.003

Lechada de cal                                                0.003

Cocción en calentadores                                 0.005

Clarificado de jugo                                           0.33

Evaporación de jugo                                         45

Separación de meladura                                 0.003

Formación de granos                                     180

Cristalización                                                   120

Centrifugado                                                    60

Secado                                                             15

Enfriado                                                           15

Envasado                                                        1.24

Diagrama de Procesos Mejorado

Imagen14Imagen15

Diagrama de Recorrido Mejorado

Imagen16Diagrama Unifilar Mejorado

Imagen18

Elaborado por:

  • Sandra Cubas
  • Carlos Alcalde
  • Daniel Izarra
  • Gino Odar

Universidad del Pacífico  – Escuela de Postgrado – MBA
Curso:
Supply Chain Management
Profesor:
Dr. Armando Tauro

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