ANEJO 3: DIMENSIONADO DE MAQUINARIA E INSTALACIONES
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ANEJO 3:
DIMENSIONADO DE MAQUINARIA E
INSTALACIONESANEJO 3: DIMENSIONADO DE MAQUINARIA E INSTALACIONES.
1. Maquinaria empleada en la primera fase del proceso.
1.1. Alimentador flexible.
1.2. Transportador de hélices.
1.3. Tanque de mezcla.
1.4. Cocedoras.
1.5. Tubo de mantenimiento.
1.6. Enfriador pre-envasado.
1.7. Tanque de almacenamiento pre-envasado.
1.8. Bomba lobular.
2. Maquinaria empleada en la segunda fase del proceso.
2.1. Lavadora de tarros.
2.2. Túnel de secado de tarros.
3. Maquinaria empleada en la fase final del proceso.
3.1. Llenadora-cerradora de tarros.
3.2. Túnel de enfriamiento de tarros.
3.3. Etiquetadora.
3.4. Empaquetadora.
4. Otros equipos.
4.1. Cintas transportadoras
4.2. Cámara frigorífica.Ana Belén Díaz Aranda Dimensionado de maquinaria e instalaciones
ANEJO 3: DIMENSIONADO DE MAQUINARIA E INSTALACIONES.
1.- Maquinaria e instalaciones.
Los equipos que se utilizarán en la línea de producción, han sido seleccionados entre los
que en la actualidad se construyen por fabricantes especialistas del sector alimentario.
1.1.- Maquinaria empleada en la primera fase del proceso.
1.1.1.- Alimentador flexible.
Para transportar y dosificar los distintos ingredientes a los mezcladores se han dispuesto
unos alimentadores flexibles ya que se pueden alimentar de silos, bidones, etc., y pueden
alimentar a una o varias máquinas. Su principio de funcionamiento consiste en un campo
anular determinado por dos tubos coaxiales, una espiral, accionada por un motor en el sentido
de su paso, canaliza el producto a transportar, introducido por la sonda de admisión, y lo
evacua por la boca de descarga sin presión. Funciona de modo totalmente automático. Para la
extracción del azúcar se ha dispuesto uno con rendimiento de hasta 2.500 kg/h con una
potencia de 1’5 a 2’2 Kw, para el caso de la pectina uno con un rendimiento de hasta 450kg/h
con una potencia de 0’75 a 1’5 Kw y para el ácido uno de un rendimiento de hasta unos 100
kg/h con una potencia de 0’37 a 0’75 Kw.
1.1.2.- Transportador de hélices.
Construido en acero inoxidable, con capacidad para transportar 2.500 kg/h de pulpa de
fruta. Formado por una carcasa cilíndrica de 20 cm de diámetro y 4 m de longitud y por un
tornillo sin fin de 20 cm de paso, accionado mediante un motor eléctrico de 2 CV.
1.1.3.- Tanque de mezcla.
Con objeto de conferir continuidad al proceso de elaboración, tal y como se describe en el
anejo del proceso de elaboración, el número de estos tanques será de dos; de forma que
Fábrica de Mermelada 60Ana Belén Díaz Aranda Dimensionado de maquinaria e instalaciones
mientras en uno se esté realizando la mezcla de los ingredientes, el otro esté alimentando a la
línea de producción.
Teniendo en cuenta que el tiempo de mezclado es aproximadamente de 30 minutos,
superponiendo los dos regímenes de los dos mezcladores, se consigue que siempre exista un
tanque efectuando el proceso de descarga.
Teniendo en cuenta que la densidad media de la mermelada se estima en 1’6 kg/litro, el
volumen que ocupan los 5.000 kg, es de:
5.000kg / h
≈ 3.125 litros /hora
1'6 kg / l
3125 l / h
= 1.563 litros/hora
2
teniendo en cuenta este resultado, se ha adoptado como capacidad para estos tanques 2.000
litros.
Para el proceso de mezcla de ingredientes, se van a utilizar dos tanques de mezcla,
fabricado en acero inoxidable, y dotado con hélices opuestas mezcladoras accionadas por un
motor eléctrico de 7’5 CV y de velocidad regulable.
1.1.4.- Cocedoras.
Todas las operaciones de cocción, se realizan mediante intercambiadores de calor de
paletas rascadoras, los cuales permiten pasar a un proceso continuo más fácilmente
controlable, uniforme y repetible.
Se cuenta con dos intercambiadores, cada uno para una fase de cocido. Cada uno,
consiste en dos cilindros concéntricos en posición vertical, por cuyo espacio anular circula el
fluido, que será distinto según la operación, así para cocer se usa generalmente vapor y en el
caso de enfriado se usa agua a temperatura ambiente. Por la parte inferior del cilindro interior,
se introduce el producto a calentar o enfriar. El producto va ascendiendo por el cilindro al
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tiempo que unas paletas giratorias, consiguen que sea más efectivo el contacto del producto
con la pared interior del cilindro. De esta forma se favorece, el intercambio térmico entre el
producto y el fluido térmico, al tiempo que se evita el que se produzca la caramelización del
producto.
El accionamiento de las paletas se realiza mediante un motor eléctrico de 10 CV.
Trabajan con un caudal de 5.000 kg/h y la velocidad de giro de las paletas, en este
caso es de 200rpm, que es la recomendada para obtener una buena calidad del producto.
1.1.5.- Tubo de mantenimiento.
La misión de este elemento es asegurar que el azúcar penetre en la fruta; con lo que se
evitan fenómenos de sinéresis en los tarros de mermelada, al tiempo que se asegura una buena
conservación del producto.
Para conseguir lo anterior la mermelada debe permanecer en este tubo de tres a ocho
minutos. Como los tubos que se utilizan para el transporte de la mermelada tiene un diámetro
exterior de 60´3mm y un espesor de 3mm, el diámetro interior de los mismos, d, es igual a
57´3mm, y considerando que el caudal, Q, de mermelada que circula por los mismos es igual
a 5.000 kg/h, que la densidad media de ésta, ρ, vale 1´6 kg/litro, teniendo en cuenta todo esto,
la velocidad media de circulación de la mermelada, V, por el interior del tubo vale:
m3
Q
m s
V =
s A m2 [ ]
5.000 kg / h
Q= = 3.125 l/h
1'6 kg / l
1 m3
3.125 l/h x = 3’12 m3/h
1.000l
1h
3’12 m3/h x =8’6 x 10-4 m3/s
3.600 s
Fábrica de Mermelada 62Ana Belén Díaz Aranda Dimensionado de maquinaria e instalaciones
A = π x r2 = π x (0’02865)2 m2 = 0’002578 m2
d = 57’3 mm = 0’0573 m
r = 0’02865 m
−4 3
m 8'6 x 10 m / s
V = = 0’336 m/s
s 2'578 x 10 −3 m 2
y teniendo en cuenta que la mermelada debe permanecer en dicho tubo al menos durante tres
minutos (t= 180 segundos), la longitud mínima, L, que debe tener el tubo de mantenimiento
asciende a:
m
t = 3 minutos L [m] = V x t [s ] = 0’336 x 180 = 60’5 m
s
Considerando la longitud del tubo de mantenimiento, se ha dispuesto éste en forma de
zigzag, formado por 9 tramos rectos de 7 metros de longitud cada uno, lo que supone una
longitud total de unos 63 metros.
1.1.6.- Enfriador pre-envasado.
Este equipo consiste en un intercambiador de calor de paletas rascadoras de
características análogas a los que se emplean en las operaciones de cocido, en el que se
emplea un fluido refrigerante (agua a temperatura ambiente), en lugar de vapor.
El accionamiento de las paletas se realiza mediante un motor eléctrico de 10 CV de
potencia.
1.1.7.- Tanque de almacenamiento pre-envasado.
Este tanque tiene como misión la de actuar como un pulmón entre la parte de la línea
dedicada al llenado de tarros (envasado) y el resto de la línea.
Fábrica de Mermelada 63Ana Belén Díaz Aranda Dimensionado de maquinaria e instalaciones
La capacidad de este tanque se ha determinado de forma que sea suficiente para alimentar
a la línea de envasado durante una hora y media, por si ocurriera algún percance en la línea
que diera tiempo a subsanarlo sin interrumpir la línea de envasado.
Por tanto teniendo en cuenta que el flujo másico de mermelada es de 5.000 kg/h, el
tanque tiene una capacidad para los siguientes kilogramos de mermelada:
5.000kg
x 1'5h = 7.500 kg
h
Considerando que la densidad media de la mermelada se estima en 1’6 kg/litro, el
volumen que ocupa es de:
1
7.500 kg x ≈ 4.688 litros
kg
1'6
litro
Por lo que se ha instalado un tanque con una capacidad de 5.000 litros.
El tanque esta fabricado en acero inoxidable. Éste dispone de una paletas giratorias para
evitar estratificaciones del producto almacenado, las cuales son accionadas por un motor
eléctrico de 2 CV de potencia, disponiendo además de un regulador de velocidad que
permitirá velocidades comprendidas entre 2’7 y 24 rpm.
1.1.8.- Bomba lobular.
Se instalarán 3 bombas lobulares, las cuales están especialmente diseñadas para trabajar
con productos densos, viscosos e incluso con sólidos en suspensión de hasta 30mm de
diámetro. Tratan delicadamente el fluído trasegado, son volumétricas de desplazamiento
positivo, autocebantes, reversibles, robustas y fiables.
Fábrica de Mermelada 64Ana Belén Díaz Aranda Dimensionado de maquinaria e instalaciones
La bomba está formada por dos lóbulos en que giran en sentido opuesto formando entre
ellos y el cuerpo de la bomba unos volúmenes que van variando de tamaño, al girar,
provocando la aspiración transporte e impulsión del fluído.
El caudal necesario que necesitamos que hagan bombear, las dispuestas en la línea de la
elaboración de la mermelada es de:
5.000 kg / h
= 3.125 litros/ hora
1'6 kg / l
Por lo cual, se han instalado 4 bombas con una capacidad máxima de 5 m3/hora y una
potencia de 7’5 CV.
1.2.- Maquinaria empleada en la segunda fase del proceso.
1.2.1.- Lavadora de tarros.
Su función consiste en someter a los tarros de cristal a un lavado antes de proceder al
llenado de los mismos, por medio de unos chorros de agua caliente. Se diferencian dos zonas
de acción según la temperatura.
Para los cálculos efectuados, se necesitará una lavadora de tarros con una capacidad
(igual al resto de la línea) para lavar 12.500 tarros de 250cm3 de mermelada/hora (de 400 g de
mermelada) , por lo que se ha adquirido una máquina que además de cumplir estos requisitos,
tenga capacidad superior a la inicialmente prevista, de hasta 16.000 tarros/hora.
0’25 litros x 1’6 kg/l = 0’4 kg = 400 gramos
El consumo eléctrico de la lavadora, corresponde al de 5´5 CV de potencia nominal
utilizado para el accionamiento de la cinta transportadora de tarros.
Fábrica de Mermelada 65Ana Belén Díaz Aranda Dimensionado de maquinaria e instalaciones
Tabla 3.1:
Valores de los consumos de agua y vapor.
CONSUMO DE AGUA CONSUMO DE VAPOR
0´8 litros de agua por tarro, a una 0´056kg de vapor saturado por tarro, a
2
presión mínima de 1 kg/cm una presión de 2´5 kg/cm2
1.2.2.- Túnel de secado de tarros.
Para los cálculos efectuados, se necesita un túnel de secado con una capacidad (igual al
resto de la línea) para esterilizar 12.500 tarros de 250 cm3 de mermelada/hora , por lo que se
ha adquirido una máquina que además de cumplir estos requisitos, tenga capacidad superior a
la inicialmente prevista, de hasta 16.000 tarros/hora.
Está construido en chapa de acero inoxidable y el movimiento de los tarros por interior
de cada uno de los túneles se efectúa mediante una cinta transportadora de flejes de acero
inoxidable, dotados de orificios para permitir el paso del agua que escurre de los tarros, así
como para permitir el paso del aire de secado.
El consumo eléctrico de cada uno de los túneles es, según datos facilitados por el
fabricante, de 10 CV.
1.3.- Maquinaria empleada en la fase final del proceso.
1.3.1.- Llenadora y cerradora de tarros.
Está compuesta por una mesa giratoria o carrusel, en donde los tarros vacíos inicialmente
van llenándose mientras efectúa un giro en dicha mesa. El llenado de los tarros se efectúa
mediante unas toberas que introducen la mermelada en el interior de los tarros. La cantidad de
mermelada es medida por una bomba dosificadora de precisión.
Fábrica de Mermelada 66Ana Belén Díaz Aranda Dimensionado de maquinaria e instalaciones
Una vez llenos los tarros, se procede al cerrado de los mismos, lo cual se efectúa
automáticamente, roscando la tapa mediante fricción, hasta alcanzar el par resistente que
asegure el cerrado perfecto de los mismos.
El equipo tiene capacidad para llenar y cerrar hasta de 16.000 tarros/hora, siendo la
capacidad necesaria de 12.500 tarros/hora. Su potencia eléctrica es, según datos del fabricante
igual a 3/4CV.
1.3.2.- Túnel de enfriamiento de tarros.
Su descripción técnica es análoga a la del túnel de esterilizado de tarros descrito
anteriormente, salvo que las dos zonas de temperaturas son distintas.
El consumo eléctrico del túnel, corresponde al del motor de 5´5 CV de potencia nominal
utilizado para el accionamiento de la cinta transportadora de tarros.
Tabla 3.2:
Valores de los consumos de agua y vapor.
CONSUMO DE AGUA CONSUMO DE VAPOR
0´65 litros de agua por tarro, a una 0´033 kilogramos de vapor saturado por
presión mínima de 1kg/cm2 tarro, a una presión de 2’5 kg/cm2
1.3.3.- Etiquetadora.
Esta máquina está formada por un carrusel giratorio, en el que los tarros van girando, al
tiempo que unos rodillos engomados recubren de adhesivo a las etiquetas y las depositan
sobre los tarros.
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Es una máquina rotativa autoadhesiva, diseñada para trabajar a medias y altas
producciones con capacidad de hasta 500 tarros/minuto. Tiene la posibilidad de aplicar cuatro
etiquetas en el mismo envase, etiquetas parciales, envolventes, collarines, precintos de
seguridad, etc. Posibilidad de cambiar con aplicaciones de cola fría y caliente. Sencilla de
mantener, manejar y limpiar. La potencia del motor es de 3CV.
1.3.4.- Empaquetadora de cajas.
Este equipo, a partir de las planchas de cartón que se le suministra, conforma, llena y
cierra las cajas de cartón, depositándolas en una cinta de rodillos en donde por gravedad se
desplazan las cajas hasta la zona donde son paletizadas. El equipo tiene capacidad para
conformar, llenar y cerrar, cada hora, unas 390 cajas de 30 x 30 x 24 (largo x ancho x alto)
centímetros.
La empaquetadora dispone de rodillos engomados, que pegan las solapas de las cajas una
vez formadas. Los tarros son introducidos en las mismas mediante unas ventosas que se
adhieren a la tapa de éstos y que los desplazan hasta el interior de las cajas, siendo éstas
cerradas una vez que se ha completado esta operación.
La potencia de este equipo es, según los datos facilitados por el fabricante, de 1´5 CV.
1.4.- Otros equipos.
1.4.1.- Cintas transportadoras.
Estructura interior formada por 2 largueros de tubo de aluminio lacado de 85 x 20 x 2
mm, unidos por travesaños atornillados y fácilmente desmontables. El soporte de la banda es
mediante cuna de rodillos. En todo el recorrido va protegido el borde de la banda para evitar
roces, cortes o malos tratos. El accionamiento está constituido por motorreductores de 1ª
calidad de sinfín corona o engranajes que mueven el tambor motriz mediante piñones y
cadena. El motorreductor puede colocarse en el lateral del chasis o colgado inferiormente.
Fábrica de Mermelada 68Ana Belén Díaz Aranda Dimensionado de maquinaria e instalaciones
Se han instalado seis cintas de 1m de largo por 0’6 m de ancho y dos cintas de 2 m de
largo por 0’6 m de ancho, con una potencia igual a 1/4CV.
Se ha instalado además una cinta transportadora, con sistema de vuelco de los bidones,
con una longitud de 3 m y camino de 80 cm de ancho, y accionada por un motor eléctrico de
7’5 CV y dotada al final de la misma, de un dispositivo automático de vuelco, formado por un
camino en forma de hélice que obliga a invertir la posición de los bidones durante su marcha,
hasta vaciar su contenido en una tolva incluida en el equipo.
1.4.2.- Cámara frigorífica.
La cámara frigorífica se ha dimensionado para albergar la pulpa de fruta que se
transformará en unos cinco días, tal y como se ha calculado en el anejo de descripción de la
distribución en planta de la fábrica y justificación, la superficie ocupada por el producto
almacenado, ascenderá a 67’2 m2 . Teniendo en cuenta, que debe haber espacio suficiente
para la circulación de carretillas para el almacenamiento del producto, se ha elegido como
superficie total para este almacén 100m2, adoptándose como planta del mismo, un rectángulo
de 10m x 10m.
Para una correcta conservación del producto, se debe cumplir:
- Temperatura de conservación: -18ºC.
- Entrada diaria: 20.000 kg.
- Temperatura de entrada: -18ºC.
- Capacidad máxima de la cámara: 100.000 kg
- Volumen de la cámara: 10m x 10m x 5m = 500 m3
100.000 kg
- Capacidad por m3: 3
= 200 kg/m3
500 m
- Dimensiones de todas las superficies
- Suelo: 10 m x 10 m = 100 m2
- Techo: 10 m x 10 m = 100 m2
- Paredes: 10 m x 5 m = 50 m2
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El equipo frigorífico que consigue que la temperatura interior sea de –18ºC está
compuesto por:
- Un compresor de 12 Kw.
- Una válvula de expansión.
- Un condensador con dos motores de 970 w cada uno.
- Dos evaporadores de 970 w cada uno.
- Una resistencia eléctrica para el desescorche de 11 Kw.
- Todos ellos acoplados a un cuadro eléctrico de baja tensión.
Las paredes de la cámara frigorífica, así como el techo y el suelo están compuestas por
varias capas de materiales diferentes entre los que se encuentra el aislante. El aislante que
hemos utilizado para disminuirá las perdidas de calor a través de las paredes es el poliuretano
con un espesor de 100 mm, recubierto con chapa lacada blanca de 0’5 mm de espesor. El
sistema de unión está formado por una junta machihembrada de poliuretano, con cajetines
insertados que realizan el ensamblaje de los paneles mediante un gancho excéntrico (de acero
inoxidable AISI 430), el cual se hace girar con una llave cuadrada y enganchada a un eje
metálico. Los ganchos van insertados únicamente en el lado largo del panel.
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