Heat">
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CRACKER FERMENTADAS
Director
ING. MAURICIO HOLGUÍN LONDOÑO
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Director
M. Sc. Mauricio Holguín Londoño
_____________________________
Director del programa de
Ingeniería electrónica
3
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
4
5.3 DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO INICIAL ...................................... 24
6. VARIADORES DE VELOCIDAD ..................................................................... 30
7. CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES (PLC) ............................. 32
8. LENGUAJE LADDER ...................................................................................... 33
9. RESULTADOS ................................................................................................ 34
9.1 REQUERIMIENTOS Y RESTRICCIONES ................................................... 34
9.2 PLAN DE FUNCIONAMIENTO PARA DISEÑO DE LA MAQUINA ............... 36
9.3 SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL .................................... 39
9.4 DISEÑO DEL ALGORITMO DE PROGRAMACIÓN ..................................... 40
9.4.1 Definición de entradas y salidas en el PLC ........................................ 41
9.4.2 Diagrama de flujo algoritmo de funcionamiento dosificadora ............. 42
10. IMPLEMENTACIÓN ........................................................................................ 46
11. ANÁLISIS DEL PROCESO ANTES Y DESPUÉS DEL DISEÑO Y MONTAJE
DEL SISTEMA DOSIFICADOR PARA GALLETAS TIPO CRACKER
FERMENTADAS .................................................................................................... 50
11.1 COMPORTAMIENTO DEL PROCESO ANTES DEL DISEÑO Y MONTAJE
DEL SISTEMA DOSIFICADOR PARA GALLETAS TIPO CRACKER
FERMENTADAS .................................................................................................... 50
11.2 COMPORTAMIENTO DEL PROCESO DESPUES DEL DISEÑO Y
MONTAJE DEL SISTEMA DOSIFICADOR PARA GALLETAS TIPO CRACKER
FERMENTADAS .................................................................................................... 51
12. CONCLUSIONES GENERALES ..................................................................... 56
13. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 57
14. ANEXO ............................................................................................................ 58
A.1. CÓDIGO DE PROGRAMACIÓN PLC Y HMI, PRESENTADO EN FORMATO
DIGITAL ................................................................................................................. 58
5
LISTA DE FIGURAS
Pág.
6
LISTA DE TABLAS
Pág.
7
1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
El artículo 126 del Decreto Ley 019 de 2012, establece que los alimentos que se
fabriquen, envasen o importen para su comercialización en el territorio nacional,
requieren de notificación sanitaria, permiso sanitario o registro sanitario, según el
riesgo de estos productos en salud pública, de conformidad con la reglamentación
que expida el Ministerio de salud y Protección social [2].
8
lugar, el guante de látex, con la intensidad de calor o temperatura alta, puede dejar
residuos en el producto [4].
9
2. JUSTIFICACIÓN
10
3. OBJETIVOS
11
4. PROCESO DE PRODUCCION DE GALLETAS TIPO CRACKER
FERMENTADA
4.1 DEFINICIONES
4.1.1 Receta
De las galletas cracker se distinguen varios tipos, sin embargo se detalla el tipo de
cracker fermentada con el que se trabaja en este documento.
12
Una vez horneada la hoja de cracker es dividida a lo largo de la línea de
perforaciones dejándolas lista para ser empacada. La textura final es escamosa
pero crujiente [2].
Tomada de [2]
4.1.4 Esponja
13
4.1.5 Masa
La palabra masa proviene del término en latín massa, el cual hace referencia a la
mezcla que surge al incorporar un líquido a una materia que ha sido previamente
desmenuzada, cuyo resultado es una sustancia espesa, blanda y consistente,
seguidamente procede del griego madza, este era un concepto que es
descendiente de la realización de un pastel con harina.
4.2.1 Mezcla
14
Figura 2: Mezclador vertical.
Tomada de [4].
4.2.2 Fermentación
Durante este tiempo, ácidos son producidos por la bacteria de ácido láctico
(Lactobacillus brevis o lactbaseobacillus plantarum) y la levadura (saccharomyces
cerevisiae). El grado de acidez o pH decrece de 6 a 4, la harina contiene enzimas
proteolíticas con un pH óptimo de 4.1, la acción de esta enzima durante la
fermentación es la de modificar las propiedades de la masa, permitiendo que sea
más extensible y menos elástica lo que facilita el proceso para convertirla en hojas
laminares posteriormente.
La masa fermentada pasa ahora por un proceso que la convierte en hojas para
luego ser laminada entre 7 y 8 capas caracterizada por un grosor alrededor de 2
mm [6].
15
4.3 PROCESO DE PRODUCCION DE UNA GALLETA
4.3.1 Laminación
Laminación es la forma más versátil y común para formar las galletas. Después de
la etapa de mezcla y fermentación, la masa descansa y se alimenta entonces en la
laminadora. La función de la laminadora es comprimir y calibrar la masa en una
hoja de espesor uniforme y el ancho de acuerdo a la longitud de la línea de
producción. No debe haber agujeros y los lados deben estar centrados y enteros.
Dentro de la laminadora la masa se comprime y se trabaja para eliminar el aire, es
inevitable que tenga lugar una cierta tensión en la estructura del gluten. La nueva
lámina de masa pasa a través de uno o más conjuntos de pares de rodillos
calibradores que le dan el espesor necesario para el corte.
Tomada de [4].
16
El proceso de corte produce no sólo el tamaño y la forma del producto, sino
también la superficie de grabado y agujeros. Se hace entonces necesario asegurar
de que las galletas cortadas se adhieran preferentemente a la tela de corte y no
sobre el rodillo cortador. El agarre en la banda de corte tampoco debe ser
demasiado fuerte o de lo contrario será difícil transferir las galletas cortadas a la
malla del horno. Entre las galletas cortadas ninguna masa se considera como
desperdicio. Este recorte es independiente y se puede incorporar nuevamente a
masa fresca o a la máquina laminadora. Como la densidad, la consistencia, la
cantidad de grasa y la temperatura de la recorte es a menudo diferente de la
nueva masa es importante que esta realización sea tan uniforme como sea
posible. El recorte casi siempre crea problemas en el control del proceso y de esta
manera, la incorporación debe ser estudiada con mucho cuidado.
Tomada de [4].
17
Figura 5: Típica máquina laminadora y subprocesos.
Tomada de [4].
4.3.3 Horneado
Un horno es una caja solida caliente el cual está diseñado para proporcionar las
condiciones necesarias de calor y temperatura a la masa, retirando al mismo
tiempo la humedad. El calor puede provenir de diferentes combustibles como el
gas, el petróleo o la electricidad. Como se ve en la figura 6 la transferencia de
calor se da de tres maneras que son radiación, conducción y convección, los
hornos están diseñados para permitir un control rápido y preciso de la temperatura
sobre las diversas condiciones, sin embargo cabe resaltar que entender cuál es
tipo de transferencia de calor que se aporta en mayor cantidad dependiendo de la
etapa de cocción es una difícil tarea.
En la entrada del horno, se aplica calor a la masa por una combinación de tipos de
transferencia como es la conducción que se presenta mediante el contacto directo
con la rejilla caliente que transporta la masa, la convección ocasionada por
corrientes de aire caliente moviéndose al interior del horno y la radiación
18
suministrada por los quemadores o por la fuente de calor empleada. Todos estos
tipos de calor se ven [4].
Tomada de [4].
4.3.4 Enfriamiento
El enfriamiento es una de las etapas que requieren mayor atención, dado que
grandes sucesos ocurren, como es la completa eliminación de vapores de agentes
químicos, la obtención del valor final de humedad antes del producto ser
empacado, este fenómeno se da cuando la temperatura de la galleta desciende de
100 a 30°C.
4.3.5 Apilamiento
19
Al terminar el enfriamiento se encuentra una máquina de apilar las galletas. La
función de esta máquina es recoger las galletas de la banda de enfriamiento,
ponerlas en fila y apilarlas verticalmente. Las máquinas de apilamiento en general
apilan las galletas para alimentar máquinas dosificadoras cuyo objetivo es
entregar una cantidad de volumen, peso o cantidad de galletas a ser empacadas,
para luego ser distribuidas hasta llegar al consumidor final. Como las máquinas de
dosificación y empaque cada vez son más automáticas, se vuelven entonces
menos tolerantes a desviaciones o no uniformidades en el apilado del producto [4].
Tomada de [4].
Tomada de [4].
20
5. DOSIFICACIÓN Y EMPAQUE
Esta máquina cuenta con un montaje en línea con una empacadora horizontal la
cual alimenta el producto dosificado directamente a la banda transportadora de
movimiento continuo, el producto puede ser suministrado automáticamente o
manualmente, limitado por la habilidad de los operarios quienes a través de una
rampa o tobogán de gravedad abastecen este aparto.
21
Estas características permiten fácilmente trabajar incluso con mercancía delgada y
circular, además se puede ajustar la longitud. Dado su costo beneficio la convierte
en una dosificadora ideal para soluciones rápidas y que no requiera gran velocidad
de empaque.
Tomada de [7].
22
Figura 10: Dosificadora volumétrica multi-pista.
Tomada de [7].
En la figura 10 se observan las diferentes pistas que en conjunto con las paletas
de retención y su respectivo actuador que en este caso son cilindros neumáticos,
dosifican cantidades exactas de galletas y que finalmente caen en la banda,
mientras que en la figura 11 se aprecia como las galletas apiladas y dosificadas
volumétricamente son transferidas directamente a la banda transportadora que
alimenta la máquina empacadora [7].
Tomada de [7].
23
5.2 EMPAQUETAMIENTO
La mayoría de galletas contiene baja humedad y son muy higroscópicas, que es,
ellas absorben humedad de la atmosfera rápidamente, se vuelven suaves y se
deforman con facilidad. Eso hace que el almacenaje de las galletas antes de ser
empacadas no se deba realizar a no ser que sea absolutamente necesario y
mientras se empacan deben ser protegidas de la atmosfera en contenedores
sellados.
24
El proyecto inicialmente parte de la situación en que se encontraba el proceso de
dosificación y empaque de la galleta crack fermentada en una empresa local. En la
figura 12 se puede observar el alimentador de la máquina empacadora con el que
se disponía. Es evidente el nivel de destreza que requerían las operadoras de esta
máquina dado que a medida que van llegando las galletas a través de la banda
transportadora, son ellas las responsables de mantener una alimentación
continua, dosificando el volumen de galletas que ingresa a la máquina
empacadora, a su vez se puede apreciar la manipulación y el contacto directo con
el producto, lo que conlleva a problemas de higiene en este proceso.
Por estas razones el operador influye claramente en la calidad del producto que se
encuentra a punto de ser empacado, dado que se puede presentar contaminación
es decir material o sustancias no deseadas por medio de microorganismos debido
la manipulación con las manos. Se debe observar y tener especial cuidado
esencialmente con la limpieza en el ambiente ya que un operario no se halla
exento de sufrir complicaciones de salud o enfermedades gastrointestinales como
lo es la diarrea o hasta un simple resfriado contenido en un virus que se transporta
por medio del aire y que pudiese llegar a ser fácilmente empacado, deteriorando la
imagen no solo del producto sino también de la misma empresa.
25
Figura 12: Dosificación manual de galletas tipo crack fermentada.
26
Figura 13: Desperdicio de producto en el proceso de dosificación manual.
27
transporta con el fin de completar las cantidades faltantes en el taco, esto ocurre
dado que no siempre se tiene la fortuna de dosificar la cantidad mínima requerida
para el taco de galletas que usualmente es de 15 o 16 unidades de galletas.
Debido a que no se garantiza una cantidad exacta del producto empacado, por ser
un proceso poco ortodoxo, se corre el riesgo de una sanción legal por parte de las
entidades que protegen al consumidor, ya que la calidad del producto es bajo.
28
Figura 14: Operarias cargadoras de galletas.
29
6. VARIADORES DE VELOCIDAD
Figura 16: Diagrama esquemático de un variador con modulación del ancho del
pulso o PWM.
Tomada de [9]
30
Los variadores de tipo PWM son los más tecnológicamente avanzados y los que
mejor resultado presentan en la industria, dado que están basados en el control de
disparo de los transistores.
31
7. CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES (PLC)
32
8. LENGUAJE LADDER
En ladder las instrucciones de entrada se sitúan a lado izquierdo del reglón o rung,
mientras que las salidas se ubican al lado derecho, el PLC que en este caso es el
controlador hace un barrido de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha,
verificando si se cumplen las condiciones necesarias para activar o desactivar una
salida [12].
33
9. RESULTADOS
34
Figura 17: Distribución de actuadores y estructura de la máquina dosificadora.
35
9.2 PLAN DE FUNCIONAMIENTO PARA DISEÑO DE LA MAQUINA
36
piñón de la banda transportadora de barras. Lo que se desea es que una vez la
máquina retorne a su punto de partida y que el tiempo que espera hasta iniciar un
nuevo ciclo sea lo mínimo posible.
37
Figura 19: Moto-reductor dosificador.
38
9.3 SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL
ELEMENTO CANTIDA
D
(Unidades)
PLC Thinget XC3-14T-C, 20¬30VDC, 8 entradas, 6 salidas npn 1
HMI TouchWin OP320-S RS232/RS485, 24VDC, 7 teclas, 1MB 1
memoria, 1KB SRAM, RTC, 3.7”
Variador de frecuencia Delta VFD-L 0,75KW, 3 fases 1
Variador de frecuencia Mitsubishi FR-E520 0,75kW-NA, 3 fases 1
Fuente de poder Vin 85-132/176¬264VAC Vo 24VDC, 108W, 4.5A 1
Sensor de proximidad inductivo IVE4015-CPKG/3D, IFM 1
SENSORS, 10-36VDC, PNP-NA, IP67
Sensor de proximidad inductivo PTR18-8DP, Autonics φ 18mm, 2
8mm alcance, PNP-NA, IP67
Válvula Solenoide Mindman MVSD-180-4E1, 5/2, ¼ npt, 220Vac 3
Interruptor automático Sassin 3SB1-63N C25, 25A 1
Interruptor automático Chint NB1-63 C3, 3ª 1
Contactor Chint NC1-0910, 380/400V, 9A 1
Base para relevo 8 pines redondo, 10A, para riel DIN, Hongfa 4
Rele 8 pines redondo voltaje 24VDC, Hongfa, 2 contactos 4
conmutables 10A/250Vac/30VDC
Interruptor Protector de motor Moeller PKZM0-1, 1A 1
Interruptor selector 2 posiciones 1
Boton Pulsador rasante color verde 1
Motor Cemer 3 fases MSL56B-4, 0.11Kw, IP55 3
Reductor Brown Advance BW-30-C 3
Cilindro neumatico Norgren PRA/182032/80 2
Cilindro neumatico Airtac SE32X25-S 2
Cilindro neumatico Airtac SE32X05-S 1
Dado que la empresa local donde se lleva a cabo la ejecución de este proyecto
solicita realizar el diseño y montaje del cofre, componentes electrónicos y
eléctricos no se incluye en la lista de materiales elementos tales cableado o
39
accesorios de conexión. En la tabla 2 se puede observar la asignación de letras a
cada uno de los elementos.
ELEMENTO DESIGNACION
PLC Thinget XC3-14T-C A1
HMI TouchWin OP320-S 3.7” A2
Variador de frecuencia Delta VFD-L 0,75KW, N1
Variador de frecuencia Mitsubishi FR-E520 0,75kW-NA N2
Fuente de poder Vin 85-132/176¬264VAC Vo 24VDC, 108W, G1
4.5ª
Sensor de proximidad inductivo, piñón S1
Sensor de proximidad inductivo, posición 1 S2
Sensor de proximidad inductivo, posición 2 S3
Interruptor selector 2 posiciones, inicio o parada S4
Botón Pulsador rasante color verde S5
Válvula Solenoide, pistón compuerta de descarga Y1
Válvula Solenoide, pistón dosificador Y2
Válvula Solenoide, pistón freno Y3
Interruptor automático trifásico, variadores Q1
Interruptor Protector de motor trifásico, motor centrador Q2
Interruptor automático monofásico, fuente 24Vdc Q3
Contactor trifásico, motor centrador KM1
Rele 24 VDC, arranque variador 1 K1
Rele 24 VDC, pistón compuerta de descarga K2
Rele 24 VDC, pistón dosificador, pistón freno y Arranque K3
variador 2
Rele 24 VDC, arranque motor centrador K4
Motor trifásico, banda transportadora M1
Motor trifásico, dosificador M2
Motor trifásico, centrador M3
40
emplea para inhibir la señal del piñón, esto con el fin de que máquina retome su
posición inicial en cada ciclo.
Entrada Designación
X0 Piñón
X1 Sensor inductivo 1
X2 Sensor inductivo 2
Salida Designación
Y0 Motor dosificador
Y1 Compuerta
Y3 Motor centrador
41
9.4.2 Diagrama de flujo algoritmo de funcionamiento dosificadora
Mediante el uso del software OP20 Series Edit Tool versión 6.5z se programa la
HMI, La figura 22 muestra el entorno de programación en donde con unos
conocimientos básicos y la asignación de algunos registros, se implementa la
comunicación con el PLC e intercambio de datos, consiguiéndose en la figura 23
visualizar la pantalla de ajuste de parámetros que son editables por parte el
operador de la maquina en el momento que se requiera debido a un cambio en la
velocidad de la línea de producción.
42
Figura 21: Diagrama de flujo algoritmo de funcionamiento dosificadora.
43
44
Figura 22: Imagen HMI. Entorno de programación.
45
10. IMPLEMENTACIÓN
46
Figura 24: Diagrama de conexiones de variadores de velocidad.
47
Figura 25: Diagrama de conexiones PLC.
48
Figura 26: Diagrama de conexiones de electroválvulas.
49
11. ANÁLISIS DEL PROCESO ANTES Y DESPUÉS DEL DISEÑO Y MONTAJE
DEL SISTEMA DOSIFICADOR PARA GALLETAS TIPO CRACKER
FERMENTADAS
Velocidad de marcha de la
línea. 350 Kg/hora
50
Resaltando que en el 2014 la línea de galleta salada aún contaba con el sistema
de dosificación manual, se puede evidenciar que la velocidad de marcha de línea
es de 350 kg/h, un valor de en porcentaje correspondiente a 4,5% de recorte y
0.6% de barredura.
51
En el 2015 se aumenta la producción a 400 kg/h, al verificar que las máquinas de
empaque podían con más capacidad se aumenta a 450 kg/h, en la tabla 6 se ve
dicho avance, igualmente se necesitaba más demanda en las máquinas para ser
más eficientes con respecto al empaque pero se tenían otras limitaciones por
parte del horno.
52
Figura 28: Implementación de dosificadora de galletas en nueva línea de producción.
53
Tabla 7: Reporte de producción noviembre de 2015.
54
La tabla 8 muestra una comparación de los indicadores de producción que ha
tenido la galleta salada desde que se redactó el anteproyecto hasta la finalización
del trabajado de grado, resaltando que el ultimo de reporte de producción que
corresponde a noviembre de 2015 es una retroalimentación que se presenta con
el fin de evidenciar el mejoramiento continuo con el que cuenta hoy en día la línea
de producción.
Velocidad de
marcha de la línea
kg/h 350 449 700
55
12. CONCLUSIONES GENERALES
56
13. BIBLIOGRAFIA
[1] Manley, Duncan. Biscuit, cracker and cookie recipes for the food industry.
England: Woodhead Publishing, 29 de febrero 2001, 1ra edición, 208p, ISBN:
9781855735439.
[2] Baking industry research trust. Birt crackers information sheet v1.0 2010.
[4] Biuscuit Application Group (B.A.G.), Nestle S.A. “Curso Básico V Tecnologia
em Biscoitos”. Brasil, Marzo, 2000.
[5] Kulp, Karel y Lorenz, Klaus. Handbook of Dough Fermentations. New York:
Marcel Dekker, inc, 2003, ISBN 0824742648.
[7] Tamborello, Vince. Cracker Packaging Technology: Stacks and Piles and
Slugs. B&CMA 89th Annual Tech Conference, Athens, GA, Benchmark
Automation.
57
14. ANEXO
58