escuela superior de ingenierÍa mÉcanica y elÉctrica
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INSTITUTO POLITEacuteCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIacuteA MEacuteCANICA Y ELEacuteCTRICA UNIDAD PROFESIONAL ldquoADOLFO LOacutePEZ MATEOSrdquo
ldquoPROPUESTA DE AUTOMATIZACIOacuteN Y CONTROL PARA
UN PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE UN POLIacuteMERO BIODEGRADABLE LLAMADO ldquoQUITOSANOrdquordquo
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TIacuteTULO DE
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIOacuteN
PRESENTAN
CEROacuteN DOMIacuteNGUEZ SALVADOR EMILIO ECHEVERRIacuteA ALDANA JORGE ALBERTO TORRES GUTIEacuteRREZ KAREN LIZABETH
ASESORES
ING LUIS ENRIQUE MURILLO YANtildeEZ
ING ANTONIO AacuteNGELES ROCHA
MEacuteXICO DF 2010
DEDICATORIA
Joseacute Aacutengel Gonzaacutelez Vargas
Que con tanto esfuerzo y sacrificio me brindaste la oportunidad de
estudiar para ser alguien en la vida
Gracias papaacute
Diana Victoria Gutieacuterrez Rojas
Sin tu amor paciencia compromiso y apoyo en mi
vida y a lo largo de la carrera no lo hubiera logrado
Gracias mamaacute
Diana Laura y Ricardo Daniel Torres Gutieacuterrez
Por creer siempre en mi darme aacutenimos
Cuando los necesitaba y no dejarme sola
Gracias Hermanos
Carlos Daniel Alcaacutentara Garciacutea
Tu apoyo incondicional carintildeo y comprensioacuten son importantes para miacute en
todo momento y eres muy especial
Gracias Amor
Salvador Ceroacuten Mauro Silva Jorge Echeverriacutea
Siempre estuvieron conmigo en todo momento y lo mejor
es que todo fue divertido y sencillo a su lado
Gracias Amigos
ATENTAMENTE
TORRES GUTIEacuteRREZ KAREN LIZABETH
DEDICATORIA
Gracias Madre miacutea por haberme dado la vida por estar siempre
presente en mi corazoacuten Te quiero mucho y desde donde estas gracias
por tus bendiciones
A ti Papaacute gracias por tu apoyo sacrificio Fe y confianza que
siempre me brindaste a traveacutes de los antildeos siempre has sido el pilar
mas importante en mi vida
A mis dos Hermanas mayores por todo el apoyo que me han
brindado durante mis estudios asiacute como en mi formacioacuten personal
logrando un triunfo importante en mi vida
Sin sus consejos no lo hubiera logrado iexclGracias
Karen Mar y Luis ustedes me demostraron que la familia existe
fuera del nuacutecleo familiar gracias por todo el apoyo incondicional
ustedes son clave importante en mi desarrollo tanto personal como
profesional
iexclHe aquiacute el esfuerzo de todos Y a quien dedico este trabajo
iexclLOS QUIERO MUCHO
Salvador Emilio Ceroacuten Domiacutenguez
DEDICATORIA
A mi Sentildeor Jesuacutes quien me dio la fe la fortaleza la salud y la esperanza para terminar este
trabajo
A mis padres Margarita y Joseacute quienes me ensentildearon desde pequentildeo a luchar para alcanzar
mis metas Sin ellos jamaacutes hubiese podido conseguir lo que hasta ahora Su tenacidad y
lucha insaciable han hecho de ellos el gran ejemplo a seguir y destacar no solo para miacute
sino para mis hermanos y familia en general
Mi triunfo es el de ustedes
iexclLos Amo
A los que nunca dudaron que lograriacutea este triunfo Mis hermanas Claudia y Miriam
Mis hermanos Joseacute y Carlos por haberme dado su fuerza y apoyo incondicional que me
han ayudado y llevado hasta donde estoy ahora
iexclLos Amo
A miacute querida Luz Ma Palacios quien me brindoacute su amor su carintildeo su estiacutemulo y su apoyo
constante son evidencia de su gran amor
iexclGracias
Por uacuteltimo a mis compantildeeros de tesis porque en esta armoniacutea grupal lo hemos logrado
ldquoNunca consideres el estudio como una obligacioacuten sino como una oportunidad para penetrar
en el bello y maravilloso mundo del saberrdquo
Albert Einstein
Jorge Alberto Echeverriacutea Aldana
INDICE
INTRODUCCION 8
JUSTIFICACIOacuteN 10
1 OBJETIVO GENERAL 12
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 12
3 ALCANCES DEL PROYECTO 12
4 LIMITANTES DEL PROYECTO 12
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo 13
11 CONCEPTOS BASICOS 14
Soluciones quiacutemicas 14
Mol 15
Aacutecidos y bases 19
pH y pOH 24
CAPIacuteTULO II ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANOrdquo 25
21 ANTECEDENTES 26
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO 28
23 PRINCIPALES APLICACIONES 29
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 32
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO 36
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA 40
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A
PLANTA PILOTO) 42
CAPIacuteTULO III ldquoMATERIALES Y MEacuteTODOSrdquo 43
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 44
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO 51
CAPITULO IV ldquoDESARROLLO DE LA AUTOMATIZACIOacuteNrdquo 53
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO 54
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN 71
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI) 75
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN 76
45 SELECCIOacuteN DEL PLC 80
46 LAZOS DE CONTROL 81
Propuesta de la banda de cangilones 81
Propuesta para el tanque de lavado 1 82
Propuesta para el triturador de mandibulas 83
Propuesta para el Reactor 1 84
Propuesta para el secador 85
Propuesta para el reactor 2 86
Propuesta para el lavado 2 87
CAPITULO IV ldquoANAacuteLISIS DE COSTOSrdquo 88
CONCLUSIONES 96
FUENTES DE CONSULTA 103
BIBLIOGRAacuteFICA 104
INTERNET 105
PATENTES 106
ANEXOS 107
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
8
INTRODUCCION
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
9
El presente trabajo muestra propuesta de automatizacioacuten para
la produccioacuten de un poliacutemero biodegradable llamado quitosano
a partir de quitina la cual se encuentra en la caacutescara de
crustaacuteceos (camarones) asiacute como diversas aplicaciones del
quitosano
Entre las moleacuteculas polimeacutericas maacutes abundantes en la
naturaleza se hallan la celulosa que se encuentra en su
mayoriacutea de los vegetales y la quitina que es un componente
de los exoesqueletos de los invertebrados y las paredes
celulares de algunos hongos y algas La quitina se produce
por biosiacutentesis en los organismos antes indicados y presenta
una tasa de reposicioacuten tan alta en la bioacutesfera que duplica a
la de la celulosa
Los desechos crustaacuteceos producidos por la industria pesquera
son la materia prima para la industrializacioacuten de la quitina
El procedimiento para obtenerla consiste en aislarla de
proteiacutenas minerales generalmente calcaacutereos y pigmentos
Las etapas de estos procedimientos se denominan procesos de
desproteinizacioacuten y desmineralizacioacuten
La caracterizacioacuten de las quitina en relacioacuten con su
contenido de humedad grado de desacetilacioacuten y contenido de
nitroacutegeno entre otros permiten reconocer su calidad El
quitosano principal derivado de la quitina se obtiene
industrialmente mediante tratamiento de desacetilacioacuten
quiacutemico o enzimaacutetico
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
10
JUSTIFICACIOacuteN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
11
Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
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11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
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Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
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42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
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49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
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51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
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56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
DEDICATORIA
Joseacute Aacutengel Gonzaacutelez Vargas
Que con tanto esfuerzo y sacrificio me brindaste la oportunidad de
estudiar para ser alguien en la vida
Gracias papaacute
Diana Victoria Gutieacuterrez Rojas
Sin tu amor paciencia compromiso y apoyo en mi
vida y a lo largo de la carrera no lo hubiera logrado
Gracias mamaacute
Diana Laura y Ricardo Daniel Torres Gutieacuterrez
Por creer siempre en mi darme aacutenimos
Cuando los necesitaba y no dejarme sola
Gracias Hermanos
Carlos Daniel Alcaacutentara Garciacutea
Tu apoyo incondicional carintildeo y comprensioacuten son importantes para miacute en
todo momento y eres muy especial
Gracias Amor
Salvador Ceroacuten Mauro Silva Jorge Echeverriacutea
Siempre estuvieron conmigo en todo momento y lo mejor
es que todo fue divertido y sencillo a su lado
Gracias Amigos
ATENTAMENTE
TORRES GUTIEacuteRREZ KAREN LIZABETH
DEDICATORIA
Gracias Madre miacutea por haberme dado la vida por estar siempre
presente en mi corazoacuten Te quiero mucho y desde donde estas gracias
por tus bendiciones
A ti Papaacute gracias por tu apoyo sacrificio Fe y confianza que
siempre me brindaste a traveacutes de los antildeos siempre has sido el pilar
mas importante en mi vida
A mis dos Hermanas mayores por todo el apoyo que me han
brindado durante mis estudios asiacute como en mi formacioacuten personal
logrando un triunfo importante en mi vida
Sin sus consejos no lo hubiera logrado iexclGracias
Karen Mar y Luis ustedes me demostraron que la familia existe
fuera del nuacutecleo familiar gracias por todo el apoyo incondicional
ustedes son clave importante en mi desarrollo tanto personal como
profesional
iexclHe aquiacute el esfuerzo de todos Y a quien dedico este trabajo
iexclLOS QUIERO MUCHO
Salvador Emilio Ceroacuten Domiacutenguez
DEDICATORIA
A mi Sentildeor Jesuacutes quien me dio la fe la fortaleza la salud y la esperanza para terminar este
trabajo
A mis padres Margarita y Joseacute quienes me ensentildearon desde pequentildeo a luchar para alcanzar
mis metas Sin ellos jamaacutes hubiese podido conseguir lo que hasta ahora Su tenacidad y
lucha insaciable han hecho de ellos el gran ejemplo a seguir y destacar no solo para miacute
sino para mis hermanos y familia en general
Mi triunfo es el de ustedes
iexclLos Amo
A los que nunca dudaron que lograriacutea este triunfo Mis hermanas Claudia y Miriam
Mis hermanos Joseacute y Carlos por haberme dado su fuerza y apoyo incondicional que me
han ayudado y llevado hasta donde estoy ahora
iexclLos Amo
A miacute querida Luz Ma Palacios quien me brindoacute su amor su carintildeo su estiacutemulo y su apoyo
constante son evidencia de su gran amor
iexclGracias
Por uacuteltimo a mis compantildeeros de tesis porque en esta armoniacutea grupal lo hemos logrado
ldquoNunca consideres el estudio como una obligacioacuten sino como una oportunidad para penetrar
en el bello y maravilloso mundo del saberrdquo
Albert Einstein
Jorge Alberto Echeverriacutea Aldana
INDICE
INTRODUCCION 8
JUSTIFICACIOacuteN 10
1 OBJETIVO GENERAL 12
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 12
3 ALCANCES DEL PROYECTO 12
4 LIMITANTES DEL PROYECTO 12
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo 13
11 CONCEPTOS BASICOS 14
Soluciones quiacutemicas 14
Mol 15
Aacutecidos y bases 19
pH y pOH 24
CAPIacuteTULO II ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANOrdquo 25
21 ANTECEDENTES 26
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO 28
23 PRINCIPALES APLICACIONES 29
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 32
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO 36
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA 40
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A
PLANTA PILOTO) 42
CAPIacuteTULO III ldquoMATERIALES Y MEacuteTODOSrdquo 43
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 44
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO 51
CAPITULO IV ldquoDESARROLLO DE LA AUTOMATIZACIOacuteNrdquo 53
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO 54
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN 71
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI) 75
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN 76
45 SELECCIOacuteN DEL PLC 80
46 LAZOS DE CONTROL 81
Propuesta de la banda de cangilones 81
Propuesta para el tanque de lavado 1 82
Propuesta para el triturador de mandibulas 83
Propuesta para el Reactor 1 84
Propuesta para el secador 85
Propuesta para el reactor 2 86
Propuesta para el lavado 2 87
CAPITULO IV ldquoANAacuteLISIS DE COSTOSrdquo 88
CONCLUSIONES 96
FUENTES DE CONSULTA 103
BIBLIOGRAacuteFICA 104
INTERNET 105
PATENTES 106
ANEXOS 107
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
8
INTRODUCCION
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
9
El presente trabajo muestra propuesta de automatizacioacuten para
la produccioacuten de un poliacutemero biodegradable llamado quitosano
a partir de quitina la cual se encuentra en la caacutescara de
crustaacuteceos (camarones) asiacute como diversas aplicaciones del
quitosano
Entre las moleacuteculas polimeacutericas maacutes abundantes en la
naturaleza se hallan la celulosa que se encuentra en su
mayoriacutea de los vegetales y la quitina que es un componente
de los exoesqueletos de los invertebrados y las paredes
celulares de algunos hongos y algas La quitina se produce
por biosiacutentesis en los organismos antes indicados y presenta
una tasa de reposicioacuten tan alta en la bioacutesfera que duplica a
la de la celulosa
Los desechos crustaacuteceos producidos por la industria pesquera
son la materia prima para la industrializacioacuten de la quitina
El procedimiento para obtenerla consiste en aislarla de
proteiacutenas minerales generalmente calcaacutereos y pigmentos
Las etapas de estos procedimientos se denominan procesos de
desproteinizacioacuten y desmineralizacioacuten
La caracterizacioacuten de las quitina en relacioacuten con su
contenido de humedad grado de desacetilacioacuten y contenido de
nitroacutegeno entre otros permiten reconocer su calidad El
quitosano principal derivado de la quitina se obtiene
industrialmente mediante tratamiento de desacetilacioacuten
quiacutemico o enzimaacutetico
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
10
JUSTIFICACIOacuteN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
11
Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
12
1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
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16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
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Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
DEDICATORIA
Gracias Madre miacutea por haberme dado la vida por estar siempre
presente en mi corazoacuten Te quiero mucho y desde donde estas gracias
por tus bendiciones
A ti Papaacute gracias por tu apoyo sacrificio Fe y confianza que
siempre me brindaste a traveacutes de los antildeos siempre has sido el pilar
mas importante en mi vida
A mis dos Hermanas mayores por todo el apoyo que me han
brindado durante mis estudios asiacute como en mi formacioacuten personal
logrando un triunfo importante en mi vida
Sin sus consejos no lo hubiera logrado iexclGracias
Karen Mar y Luis ustedes me demostraron que la familia existe
fuera del nuacutecleo familiar gracias por todo el apoyo incondicional
ustedes son clave importante en mi desarrollo tanto personal como
profesional
iexclHe aquiacute el esfuerzo de todos Y a quien dedico este trabajo
iexclLOS QUIERO MUCHO
Salvador Emilio Ceroacuten Domiacutenguez
DEDICATORIA
A mi Sentildeor Jesuacutes quien me dio la fe la fortaleza la salud y la esperanza para terminar este
trabajo
A mis padres Margarita y Joseacute quienes me ensentildearon desde pequentildeo a luchar para alcanzar
mis metas Sin ellos jamaacutes hubiese podido conseguir lo que hasta ahora Su tenacidad y
lucha insaciable han hecho de ellos el gran ejemplo a seguir y destacar no solo para miacute
sino para mis hermanos y familia en general
Mi triunfo es el de ustedes
iexclLos Amo
A los que nunca dudaron que lograriacutea este triunfo Mis hermanas Claudia y Miriam
Mis hermanos Joseacute y Carlos por haberme dado su fuerza y apoyo incondicional que me
han ayudado y llevado hasta donde estoy ahora
iexclLos Amo
A miacute querida Luz Ma Palacios quien me brindoacute su amor su carintildeo su estiacutemulo y su apoyo
constante son evidencia de su gran amor
iexclGracias
Por uacuteltimo a mis compantildeeros de tesis porque en esta armoniacutea grupal lo hemos logrado
ldquoNunca consideres el estudio como una obligacioacuten sino como una oportunidad para penetrar
en el bello y maravilloso mundo del saberrdquo
Albert Einstein
Jorge Alberto Echeverriacutea Aldana
INDICE
INTRODUCCION 8
JUSTIFICACIOacuteN 10
1 OBJETIVO GENERAL 12
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 12
3 ALCANCES DEL PROYECTO 12
4 LIMITANTES DEL PROYECTO 12
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo 13
11 CONCEPTOS BASICOS 14
Soluciones quiacutemicas 14
Mol 15
Aacutecidos y bases 19
pH y pOH 24
CAPIacuteTULO II ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANOrdquo 25
21 ANTECEDENTES 26
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO 28
23 PRINCIPALES APLICACIONES 29
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 32
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO 36
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA 40
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A
PLANTA PILOTO) 42
CAPIacuteTULO III ldquoMATERIALES Y MEacuteTODOSrdquo 43
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 44
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO 51
CAPITULO IV ldquoDESARROLLO DE LA AUTOMATIZACIOacuteNrdquo 53
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO 54
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN 71
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI) 75
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN 76
45 SELECCIOacuteN DEL PLC 80
46 LAZOS DE CONTROL 81
Propuesta de la banda de cangilones 81
Propuesta para el tanque de lavado 1 82
Propuesta para el triturador de mandibulas 83
Propuesta para el Reactor 1 84
Propuesta para el secador 85
Propuesta para el reactor 2 86
Propuesta para el lavado 2 87
CAPITULO IV ldquoANAacuteLISIS DE COSTOSrdquo 88
CONCLUSIONES 96
FUENTES DE CONSULTA 103
BIBLIOGRAacuteFICA 104
INTERNET 105
PATENTES 106
ANEXOS 107
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
8
INTRODUCCION
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
9
El presente trabajo muestra propuesta de automatizacioacuten para
la produccioacuten de un poliacutemero biodegradable llamado quitosano
a partir de quitina la cual se encuentra en la caacutescara de
crustaacuteceos (camarones) asiacute como diversas aplicaciones del
quitosano
Entre las moleacuteculas polimeacutericas maacutes abundantes en la
naturaleza se hallan la celulosa que se encuentra en su
mayoriacutea de los vegetales y la quitina que es un componente
de los exoesqueletos de los invertebrados y las paredes
celulares de algunos hongos y algas La quitina se produce
por biosiacutentesis en los organismos antes indicados y presenta
una tasa de reposicioacuten tan alta en la bioacutesfera que duplica a
la de la celulosa
Los desechos crustaacuteceos producidos por la industria pesquera
son la materia prima para la industrializacioacuten de la quitina
El procedimiento para obtenerla consiste en aislarla de
proteiacutenas minerales generalmente calcaacutereos y pigmentos
Las etapas de estos procedimientos se denominan procesos de
desproteinizacioacuten y desmineralizacioacuten
La caracterizacioacuten de las quitina en relacioacuten con su
contenido de humedad grado de desacetilacioacuten y contenido de
nitroacutegeno entre otros permiten reconocer su calidad El
quitosano principal derivado de la quitina se obtiene
industrialmente mediante tratamiento de desacetilacioacuten
quiacutemico o enzimaacutetico
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
10
JUSTIFICACIOacuteN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
11
Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
12
1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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25
Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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26
21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
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39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
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41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
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42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
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43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
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44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
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47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
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48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
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49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
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55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
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56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
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60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
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61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
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62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
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63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
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64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
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65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
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67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
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68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
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72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
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73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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103
FUENTES DE
CONSULTA
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
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115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
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118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
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119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
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121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
DEDICATORIA
A mi Sentildeor Jesuacutes quien me dio la fe la fortaleza la salud y la esperanza para terminar este
trabajo
A mis padres Margarita y Joseacute quienes me ensentildearon desde pequentildeo a luchar para alcanzar
mis metas Sin ellos jamaacutes hubiese podido conseguir lo que hasta ahora Su tenacidad y
lucha insaciable han hecho de ellos el gran ejemplo a seguir y destacar no solo para miacute
sino para mis hermanos y familia en general
Mi triunfo es el de ustedes
iexclLos Amo
A los que nunca dudaron que lograriacutea este triunfo Mis hermanas Claudia y Miriam
Mis hermanos Joseacute y Carlos por haberme dado su fuerza y apoyo incondicional que me
han ayudado y llevado hasta donde estoy ahora
iexclLos Amo
A miacute querida Luz Ma Palacios quien me brindoacute su amor su carintildeo su estiacutemulo y su apoyo
constante son evidencia de su gran amor
iexclGracias
Por uacuteltimo a mis compantildeeros de tesis porque en esta armoniacutea grupal lo hemos logrado
ldquoNunca consideres el estudio como una obligacioacuten sino como una oportunidad para penetrar
en el bello y maravilloso mundo del saberrdquo
Albert Einstein
Jorge Alberto Echeverriacutea Aldana
INDICE
INTRODUCCION 8
JUSTIFICACIOacuteN 10
1 OBJETIVO GENERAL 12
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 12
3 ALCANCES DEL PROYECTO 12
4 LIMITANTES DEL PROYECTO 12
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo 13
11 CONCEPTOS BASICOS 14
Soluciones quiacutemicas 14
Mol 15
Aacutecidos y bases 19
pH y pOH 24
CAPIacuteTULO II ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANOrdquo 25
21 ANTECEDENTES 26
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO 28
23 PRINCIPALES APLICACIONES 29
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 32
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO 36
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA 40
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A
PLANTA PILOTO) 42
CAPIacuteTULO III ldquoMATERIALES Y MEacuteTODOSrdquo 43
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 44
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO 51
CAPITULO IV ldquoDESARROLLO DE LA AUTOMATIZACIOacuteNrdquo 53
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO 54
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN 71
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI) 75
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN 76
45 SELECCIOacuteN DEL PLC 80
46 LAZOS DE CONTROL 81
Propuesta de la banda de cangilones 81
Propuesta para el tanque de lavado 1 82
Propuesta para el triturador de mandibulas 83
Propuesta para el Reactor 1 84
Propuesta para el secador 85
Propuesta para el reactor 2 86
Propuesta para el lavado 2 87
CAPITULO IV ldquoANAacuteLISIS DE COSTOSrdquo 88
CONCLUSIONES 96
FUENTES DE CONSULTA 103
BIBLIOGRAacuteFICA 104
INTERNET 105
PATENTES 106
ANEXOS 107
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
8
INTRODUCCION
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
9
El presente trabajo muestra propuesta de automatizacioacuten para
la produccioacuten de un poliacutemero biodegradable llamado quitosano
a partir de quitina la cual se encuentra en la caacutescara de
crustaacuteceos (camarones) asiacute como diversas aplicaciones del
quitosano
Entre las moleacuteculas polimeacutericas maacutes abundantes en la
naturaleza se hallan la celulosa que se encuentra en su
mayoriacutea de los vegetales y la quitina que es un componente
de los exoesqueletos de los invertebrados y las paredes
celulares de algunos hongos y algas La quitina se produce
por biosiacutentesis en los organismos antes indicados y presenta
una tasa de reposicioacuten tan alta en la bioacutesfera que duplica a
la de la celulosa
Los desechos crustaacuteceos producidos por la industria pesquera
son la materia prima para la industrializacioacuten de la quitina
El procedimiento para obtenerla consiste en aislarla de
proteiacutenas minerales generalmente calcaacutereos y pigmentos
Las etapas de estos procedimientos se denominan procesos de
desproteinizacioacuten y desmineralizacioacuten
La caracterizacioacuten de las quitina en relacioacuten con su
contenido de humedad grado de desacetilacioacuten y contenido de
nitroacutegeno entre otros permiten reconocer su calidad El
quitosano principal derivado de la quitina se obtiene
industrialmente mediante tratamiento de desacetilacioacuten
quiacutemico o enzimaacutetico
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
10
JUSTIFICACIOacuteN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
11
Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
12
1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
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59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
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79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
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Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
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Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
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Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
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NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
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Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
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SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
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IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
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5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
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V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
INDICE
INTRODUCCION 8
JUSTIFICACIOacuteN 10
1 OBJETIVO GENERAL 12
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 12
3 ALCANCES DEL PROYECTO 12
4 LIMITANTES DEL PROYECTO 12
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo 13
11 CONCEPTOS BASICOS 14
Soluciones quiacutemicas 14
Mol 15
Aacutecidos y bases 19
pH y pOH 24
CAPIacuteTULO II ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANOrdquo 25
21 ANTECEDENTES 26
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO 28
23 PRINCIPALES APLICACIONES 29
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 32
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO 36
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA 40
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A
PLANTA PILOTO) 42
CAPIacuteTULO III ldquoMATERIALES Y MEacuteTODOSrdquo 43
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 44
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO 51
CAPITULO IV ldquoDESARROLLO DE LA AUTOMATIZACIOacuteNrdquo 53
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO 54
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN 71
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI) 75
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN 76
45 SELECCIOacuteN DEL PLC 80
46 LAZOS DE CONTROL 81
Propuesta de la banda de cangilones 81
Propuesta para el tanque de lavado 1 82
Propuesta para el triturador de mandibulas 83
Propuesta para el Reactor 1 84
Propuesta para el secador 85
Propuesta para el reactor 2 86
Propuesta para el lavado 2 87
CAPITULO IV ldquoANAacuteLISIS DE COSTOSrdquo 88
CONCLUSIONES 96
FUENTES DE CONSULTA 103
BIBLIOGRAacuteFICA 104
INTERNET 105
PATENTES 106
ANEXOS 107
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8
INTRODUCCION
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9
El presente trabajo muestra propuesta de automatizacioacuten para
la produccioacuten de un poliacutemero biodegradable llamado quitosano
a partir de quitina la cual se encuentra en la caacutescara de
crustaacuteceos (camarones) asiacute como diversas aplicaciones del
quitosano
Entre las moleacuteculas polimeacutericas maacutes abundantes en la
naturaleza se hallan la celulosa que se encuentra en su
mayoriacutea de los vegetales y la quitina que es un componente
de los exoesqueletos de los invertebrados y las paredes
celulares de algunos hongos y algas La quitina se produce
por biosiacutentesis en los organismos antes indicados y presenta
una tasa de reposicioacuten tan alta en la bioacutesfera que duplica a
la de la celulosa
Los desechos crustaacuteceos producidos por la industria pesquera
son la materia prima para la industrializacioacuten de la quitina
El procedimiento para obtenerla consiste en aislarla de
proteiacutenas minerales generalmente calcaacutereos y pigmentos
Las etapas de estos procedimientos se denominan procesos de
desproteinizacioacuten y desmineralizacioacuten
La caracterizacioacuten de las quitina en relacioacuten con su
contenido de humedad grado de desacetilacioacuten y contenido de
nitroacutegeno entre otros permiten reconocer su calidad El
quitosano principal derivado de la quitina se obtiene
industrialmente mediante tratamiento de desacetilacioacuten
quiacutemico o enzimaacutetico
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10
JUSTIFICACIOacuteN
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11
Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
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12
1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
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13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
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14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
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15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
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16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
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17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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25
Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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26
21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
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9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
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En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
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42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
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43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
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44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
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46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
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47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
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48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
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51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
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55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
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56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
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60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
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61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
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62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
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63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
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64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
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65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
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67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
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68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
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72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
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73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
CAPIacuteTULO III ldquoMATERIALES Y MEacuteTODOSrdquo 43
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO 44
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO 51
CAPITULO IV ldquoDESARROLLO DE LA AUTOMATIZACIOacuteNrdquo 53
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO 54
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN 71
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI) 75
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN 76
45 SELECCIOacuteN DEL PLC 80
46 LAZOS DE CONTROL 81
Propuesta de la banda de cangilones 81
Propuesta para el tanque de lavado 1 82
Propuesta para el triturador de mandibulas 83
Propuesta para el Reactor 1 84
Propuesta para el secador 85
Propuesta para el reactor 2 86
Propuesta para el lavado 2 87
CAPITULO IV ldquoANAacuteLISIS DE COSTOSrdquo 88
CONCLUSIONES 96
FUENTES DE CONSULTA 103
BIBLIOGRAacuteFICA 104
INTERNET 105
PATENTES 106
ANEXOS 107
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
8
INTRODUCCION
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
9
El presente trabajo muestra propuesta de automatizacioacuten para
la produccioacuten de un poliacutemero biodegradable llamado quitosano
a partir de quitina la cual se encuentra en la caacutescara de
crustaacuteceos (camarones) asiacute como diversas aplicaciones del
quitosano
Entre las moleacuteculas polimeacutericas maacutes abundantes en la
naturaleza se hallan la celulosa que se encuentra en su
mayoriacutea de los vegetales y la quitina que es un componente
de los exoesqueletos de los invertebrados y las paredes
celulares de algunos hongos y algas La quitina se produce
por biosiacutentesis en los organismos antes indicados y presenta
una tasa de reposicioacuten tan alta en la bioacutesfera que duplica a
la de la celulosa
Los desechos crustaacuteceos producidos por la industria pesquera
son la materia prima para la industrializacioacuten de la quitina
El procedimiento para obtenerla consiste en aislarla de
proteiacutenas minerales generalmente calcaacutereos y pigmentos
Las etapas de estos procedimientos se denominan procesos de
desproteinizacioacuten y desmineralizacioacuten
La caracterizacioacuten de las quitina en relacioacuten con su
contenido de humedad grado de desacetilacioacuten y contenido de
nitroacutegeno entre otros permiten reconocer su calidad El
quitosano principal derivado de la quitina se obtiene
industrialmente mediante tratamiento de desacetilacioacuten
quiacutemico o enzimaacutetico
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
10
JUSTIFICACIOacuteN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
11
Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
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17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
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90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
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Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
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NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
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IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
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5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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8
INTRODUCCION
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
9
El presente trabajo muestra propuesta de automatizacioacuten para
la produccioacuten de un poliacutemero biodegradable llamado quitosano
a partir de quitina la cual se encuentra en la caacutescara de
crustaacuteceos (camarones) asiacute como diversas aplicaciones del
quitosano
Entre las moleacuteculas polimeacutericas maacutes abundantes en la
naturaleza se hallan la celulosa que se encuentra en su
mayoriacutea de los vegetales y la quitina que es un componente
de los exoesqueletos de los invertebrados y las paredes
celulares de algunos hongos y algas La quitina se produce
por biosiacutentesis en los organismos antes indicados y presenta
una tasa de reposicioacuten tan alta en la bioacutesfera que duplica a
la de la celulosa
Los desechos crustaacuteceos producidos por la industria pesquera
son la materia prima para la industrializacioacuten de la quitina
El procedimiento para obtenerla consiste en aislarla de
proteiacutenas minerales generalmente calcaacutereos y pigmentos
Las etapas de estos procedimientos se denominan procesos de
desproteinizacioacuten y desmineralizacioacuten
La caracterizacioacuten de las quitina en relacioacuten con su
contenido de humedad grado de desacetilacioacuten y contenido de
nitroacutegeno entre otros permiten reconocer su calidad El
quitosano principal derivado de la quitina se obtiene
industrialmente mediante tratamiento de desacetilacioacuten
quiacutemico o enzimaacutetico
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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JUSTIFICACIOacuteN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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25
Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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26
21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
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9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
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40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
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41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
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42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
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43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
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44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
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46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
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47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
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48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
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49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
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50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
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51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
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El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
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Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
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FUENTES DE
CONSULTA
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104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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ANEXOS
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TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
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TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
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Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
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116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
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Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
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NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
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Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
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SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
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IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
9
El presente trabajo muestra propuesta de automatizacioacuten para
la produccioacuten de un poliacutemero biodegradable llamado quitosano
a partir de quitina la cual se encuentra en la caacutescara de
crustaacuteceos (camarones) asiacute como diversas aplicaciones del
quitosano
Entre las moleacuteculas polimeacutericas maacutes abundantes en la
naturaleza se hallan la celulosa que se encuentra en su
mayoriacutea de los vegetales y la quitina que es un componente
de los exoesqueletos de los invertebrados y las paredes
celulares de algunos hongos y algas La quitina se produce
por biosiacutentesis en los organismos antes indicados y presenta
una tasa de reposicioacuten tan alta en la bioacutesfera que duplica a
la de la celulosa
Los desechos crustaacuteceos producidos por la industria pesquera
son la materia prima para la industrializacioacuten de la quitina
El procedimiento para obtenerla consiste en aislarla de
proteiacutenas minerales generalmente calcaacutereos y pigmentos
Las etapas de estos procedimientos se denominan procesos de
desproteinizacioacuten y desmineralizacioacuten
La caracterizacioacuten de las quitina en relacioacuten con su
contenido de humedad grado de desacetilacioacuten y contenido de
nitroacutegeno entre otros permiten reconocer su calidad El
quitosano principal derivado de la quitina se obtiene
industrialmente mediante tratamiento de desacetilacioacuten
quiacutemico o enzimaacutetico
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
10
JUSTIFICACIOacuteN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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11
Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
12
1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
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16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
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Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
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72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
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IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
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5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
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124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
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JUSTIFICACIOacuteN
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Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
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CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
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14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
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15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
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16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
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17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
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77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
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115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
11
Meacutexico es uno de los productores con gran influencia de
camaroacuten en el mundo Sonora Sinaloa Nayarit y Tamaulipas
son los mayores productores de camaroacuten de Meacutexico Asiacute que
muchas toneladas de cabezas del crustaacuteceo regresan al mar
cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se tiran diacutea a
diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes
Por tal motivo se propone el proceso de obtencioacuten de
quitosano a partir de caacutescara de camaroacuten en el cual los
desechos pesqueros (camaroacuten) son procesados y convertidos en
materia prima con el fin de poder ser reutilizados esto
significa reduccioacuten de los desperdicios orgaacutenicos bajo costo
de la materia prima obtencioacuten de un producto base para la
utilizacioacuten de diferentes productos dependiendo el aacuterea
industrial
Existen varios meacutetodos de obtencioacuten de quitosano pero el maacutes
comuacuten es el que se presenta en este trabajo(ver tema 27) ya
que el proceso de obtencioacuten de quitosano a partir de la
caacutescara de camaroacuten solo existe a nivel laboratorio se propone
una planta piloto con una produccioacuten de 180Kg de quitosano al
mes
El proceso consta de 3 principales etapas 1)
Desproteinizacioacuten 2) Desmineralizacioacuten y 3) Desacetilacioacuten
Las variables de proceso a controlar son la temperatura
presioacuten y pH con la finalidad de automatizar el mismo para
que sea mas efectivo y se haga lo menos costoso posible
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
12
1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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26
21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
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9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
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En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
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27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
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Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
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44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
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45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
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46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
12
1 OBJETIVO GENERAL
Proponer la automatizacioacuten para proceso de obtencioacuten un
poliacutemero biodegradable llamado ―quitosano a base de caacutescara
de camaroacuten controlando las variables del proceso
2 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Controlar la temperatura presioacuten flujo y pH del proceso
Semi-Automatizar el proceso de obtencioacuten de quitosano
Reducir costos en el proceso de obtencioacuten de quitosano
Aumentar la efectividad del proceso disminuyendo el tiempo
de la materia prima en cada una de las etapas del proceso
3 ALCANCES DEL PROYECTO
Proponer la automatizacioacuten y el control para el proceso de
elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano para que
a futuro se implemente una planta piloto
4 LIMITANTES DEL PROYECTO
Tiempo de realizacioacuten de las pruebas
Resultados de las pruebas
Tiempo para el desarrollo del proyecto
Costo del material equipo y materia prima
Seleccioacuten de equipo e instrumentos para la propuesta
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
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Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
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16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
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Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
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121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
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122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
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123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
13
CAPITULO I ldquoGENERALIDADESrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
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15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
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16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
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17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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25
Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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26
21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
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55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
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108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
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109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
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115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
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116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
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118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
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119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
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121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
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122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
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14
11 CONCEPTOS BASICOS
Para la obtencioacuten de quitosano se emplean procesos quiacutemicos
por lo que es preciso hacer alusioacuten a los teacuterminos de
soluciones quiacutemicas concentracioacuten mol nuacutemero de Avogadro
aacutecidos bases y pH
Soluciones quiacutemicas
Las soluciones son mezclas homogeacuteneas que contienen dos o maacutes
sustancias llamadas soluto y disolvente el primero es la
sustancia que se disuelve y el segundo es el medio de
disolucioacuten Una solucioacuten puede existir en estado gaseoso
liquido o soacutelido (Figura 1) seguacuten del disolvente
Figura 1 Solucioacuten gaseosa (aire) liquida (cafeacute) y solida (oacutexido de aluminio
poli cristalino) respectivamente
Al mezclar una sustancia y estaacute se disuelve se dice que es
soluble de lo contrario se dice que es insoluble
La concentracioacuten de las soluciones es la cantidad de soluto
contenido en una cantidad determinada de solvente o solucioacuten
Los teacuterminos diluidos o concentrados expresan concentraciones
relativas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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25
Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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26
21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
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9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
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40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
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41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
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42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
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43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
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44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
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47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
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48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
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49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
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113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
15
Para expresar con exactitud la concentracioacuten de las
soluciones se usan sistemas como los siguientes
a) Porcentaje peso a peso (MM) indica el peso de soluto
por cada 100 unidades de peso de la solucioacuten
b) Porcentaje volumen a volumen (VV) se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de
la solucioacuten
c) Porcentaje peso a volumen (PV) indica el nuacutemero de
gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solucioacuten
Mol
Un elemento se mide por la cantidad de gramos que sea igual
al nuacutemero expresado por su peso atoacutemico (aacutetomo-gramo)
Ejemplo el peso atoacutemico del hidroacutegeno es 10079 luego
10079 g de hidroacutegeno equivalen a un aacutetomo-gramo de
hidroacutegeno
Se define la moleacutecula-gramo de una sustancia como el nuacutemero
de gramos de esa sustancia igual a su peso molecular
Ejemplo el peso molecular del hidroacutegeno (H2) es 20158
luego 20158 g de hidroacutegeno equivalen a una moleacutecula-gramo
de hidroacutegeno
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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25
Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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26
21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
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39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
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40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
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41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
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42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
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43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
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44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
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32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
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Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
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Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
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63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
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Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
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65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
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67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
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68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
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16
Un aacutetomo-gramo o una moleacutecula-gramo seraacuten muacuteltiplos de la
masa de un aacutetomo o de la de una moleacutecula respectivamente
Este muacuteltiplo resulta de multiplicar el valor del peso
atoacutemico o del peso molecular por un factor N que no es otro
que el nuacutemero de veces que es mayor la unidad de masa laquogramoraquo
que la unidad de masa ―uma
De todo esto se deduce que un aacutetomo-gramo de cualquier
elemento o una moleacutecula-gramo de cualquier sustancia
contienen igual nuacutemero de aacutetomos o moleacuteculas
respectivamente siendo precisamente ese nuacutemero el factor N
El valor de N determinado experimentalmente es de 6023 x
1023 y es lo que se conoce como Nuacutemero de Avogadro
N = 6023 x 10 23
Esto condujo al concepto con el que se han sustituido los
teacuterminos ya antiguos de moleacutecula-gramo y de aacutetomo-gramo el
mol
Mol es la cantidad de materia que contiene el nuacutemero de
Avogadro es decir que contiene un nuacutemero de entidades igual
al nuacutemero de aacutetomos de partiacuteculas unitarias o entidades
fundamentales (ya sean eacutestas moleacuteculas aacutetomos iones
electrones etc)
Tambieacuten puede definirse como La masa de un mol1 de cualquier
sustancia es el nuacutemero de gramos de esa sustancia igual en
valor a su masa molecular A esta masa se la denomina Masa
molar y se mide en gmol
1 Deben desecharse los conceptos de aacutetomo-gramo y de moleacutecula-gramo y sustituirlos por el de mol Insistir en la necesidad de considerar el actual
concepto de mol como nuacutemero de entidades fundamentales
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17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
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20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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26
21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
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35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
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36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
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37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
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38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
78
59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
110
TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
111
TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
113
TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
114
Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
115
Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
116
Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
117
Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
119
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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120
Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
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121
SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
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122
IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
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123
5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
124
V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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17
Hay que puntualizar que en los compuestos ioacutenicos no existen
verdaderas moleacuteculas sino multitud de iones individuales
dispuestos en redes cristalinas
La Molalidad (m) es el nuacutemero de moles de soluto por
kilogramo de solvente
La Molaridad es la unidad de concentracioacuten se define como el
nuacutemero de moles de soluto por litro de solucioacuten (tambieacuten como
el nuacutemero de mili moles de soluto por mililitro de solucioacuten)
En donde M es la molaridad n es el nuacutemero de moles de soluto
y V es el volumen de solucioacuten expresado en litros Ya que
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa
molecular del soluto de aquiacute que
Cuando se da la informacioacuten de la concentracioacuten de una
especie quiacutemica en moles por litro esto se indica poniendo la
foacutermula de la especie dada entre corchetes Por ejemplo [H+]
= 01 nos indica que la concentracioacuten de H+ es de 01
moleslitro
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18
Volumen molar es el volumen ocupado por un mol de cualquier
sustancia ya se encuentre en estado soacutelido liacutequido o
gaseoso y bajo cualesquiera condiciones de presioacuten y
temperatura
Las sustancias gaseosas del principio de Avogadro se deduce
que un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual nuacutemero de
moleacuteculas) ocuparaacute ideacutentico volumen siempre que las
condiciones de presioacuten y temperatura sean las mismas Este
volumen resulta ser de 224 l cuando el gas se encuentra en
condiciones normales (o CN) de presioacuten y temperatura (1
atmoacutesfera y 0 ordmC) Este valor es lo que se conoce como
volumen molar normal de un gas (muchas veces se le denomina
simplemente volumen molar aunque esto no es correcto ya que
se trata de un caso particular de volumen molar) En
condiciones estaacutendar (1 atmosfera y 25 ordmC) el volumen molar
es un poco mayor 244 l
Volumen molar normal de un gas = 224 l
Volumen molar estaacutendar de un gas = 244 l
El concepto de volumen molar es muy uacutetil Pues Permite
calcular el Peso molecular de un gas por un sencillo
razonamiento en sentido inverso hallando cuaacutento pesan 224 l
de dicho gas en condiciones normales
Peso equivalente y equivalente gramo es la unidad de cantidad
de materia que el quiacutemico tambieacuten utiliza es la de peso
equivalente y su expresioacuten en gramos el equivalente-gramo
Estas unidades aunque son mucho menos frecuentes que las
anteriores aparecen a veces en los caacutelculos quiacutemicos sobre
todo en la expresioacuten de la concentracioacuten de disoluciones
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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19
Se han dado diversas definiciones pero todas resultan algo
ambiguas Como cuando maacutes se emplea es en las reacciones
aacutecido-base y en las oxido-reduccioacuten (redox) puede definirse
como ―El equivalente-gramo de una sustancia es la cantidad
en gramos de la misma que cede o acepta un mol de protones
(en las reacciones aacutecido-base) o que gana o pierde un mol de
electrones (en las reacciones redox)
El peso equivalente seraacute el peso molecular (o atoacutemico seguacuten
los casos) dividido por un nuacutemero n que dependeraacute del tipo de
reaccioacuten de que se trate en reacciones aacutecido-base n es el
nuacutemero de H+ o de OH
- puestos en juego en una reaccioacuten
redox n es el nuacutemero de electrones que se ganan o se
pierden
Aacutecidos y bases
Las soluciones con agua (acuosas) contienen hidronio (H+) e
hidroacutexido (OH-) La cantidad relativa de los dos iones
determina si una solucioacuten acuosa es aacutecida baacutesica o neutra
Una solucioacuten aacutecida contiene maacutes hidronios que hidroacutexido Una
solucioacuten baacutesica contiene maacutes hidroacutexido que hidronios El agua
es el disolvente comuacuten de aacutecidos y bases El agua produce
cantidades iguales de iones H+ e iones OH- en un proceso
conocido como auto ionizacioacuten en el que dos moleacuteculas de
agua reaccionan formando un hidronio (H3O+) y un hidroacutexido de
acuerdo con este equilibrio
H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)
Moleacuteculas de agua Hidronio Hidroacutexido
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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20
El hidronio es un ion hidrogeno hidratado lo cual
significado que una moleacutecula de agua estaacute unida a un ion
hidroacutegeno por medio de un enlace covalente Sin embargo los
siacutembolos H+ y H3O
+ pueden usarse indistintamente en las
ecuaciones quiacutemicas para representar un ion hidroacutegeno en
solucioacuten acuosa Por consiguiente una versioacuten simplificada
de la ecuacioacuten de la auto ionizacioacuten del agua es
H2O(l) H+(ac) + OH-(ac)
A partir de la ecuacioacuten se deduce que el agua pura es neutra
por que siempre estaacute presente la misma cantidad de iones H+ e
iones OH-
Ionizacioacuten de un aacutecido o una base Un aacutecido puede ceder su
protoacuten a una moleacutecula de agua ionizaacutendose La ionizacioacuten de
una base se puede producir por captacioacuten de un protoacuten de una
moleacutecula de agua Los equilibrios de ionizacioacuten de un aacutecido o
una base quedan caracterizados mediante una constante de
equilibrio llamada constante de ionizacioacuten aacutecida o baacutesica (Ka
o Kb)
Los aacutecidos y bases se pueden clasificar en fuertes y deacutebiles
Son aacutecidos y bases fuertes aquellos para los que en
concentraciones ordinarias praacutecticamente todas sus moleacuteculas
estaacuten disociadas Los aacutecidos y bases deacutebiles tienen
constantes de ionizacioacuten pequentildeas de forma que cuando se
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21
disuelven con concentraciones ordinarias en agua gran parte
de sus moleacuteculas se mantienen sin disociar Algunos aacutecidos
pueden ceder maacutes de un protoacuten Estos aacutecidos reciben el nombre
de aacutecidos poliproacuteticos
Cada disociacioacuten de cada uno de los protones tiene su propia
constante de disociacioacuten observaacutendose que su valor disminuye
seguacuten se pierden protones Ka1 gt Ka2 gt Ka3(ver anexo Tabla
H)
Modelo de Arrhenius de aacutecidos y bases
Un aacutecido es una sustancia que contienen hidroacutegeno y se ioniza
produciendo protones en solucioacuten acuosa Una base es una
sustancia que contiene hidroacutexido y lo libera al disociarse en
solucioacuten acuosa
Modelo de Brnsted-lowry
Un aacutecido es cualquier moleacutecula o ion dadora de protones
(iones hidroacutegeno H+) una base es cualquier moleacutecula o ion
receptora de protones (iones hidroacutegeno H+) Los siacutembolos X y
Y pueden usarse para representar elementos no metaacutelicos o
iones poli atoacutemicos como HX o HY Cuando la moleacutecula de
aacutecido HX se disuelve en agua se dona un H+ a una moleacutecula
de agua la cual actuacutea como base y acepta el H+
HX(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + X-(ac)
Al aceptar el H+ la moleacutecula de agua se convierte en un HmiddotO+
aacutecido El hidronio (H3O-) es un aacutecido por que tiene un protoacuten
H+ extra que puede donar Al hacerlo el aacutecido HX se
convierte en una base X- Por tanto puede ocurrir una
reaccioacuten inversa aacutecido-base
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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22
El H3O+ puede reaccionar con la X
- formando agua y HX por
tanto se establece el siguiente equilibrio
Un aacutecido conjugado es la especie que se produce cuando una
base acepta un ion hidroacutegeno de un aacutecido Una base conjugada
es la especie que resulta cuando un aacutecido dona un ion
hidroacutegeno a una base
Un par conjugado aacutecido-base consta de dos sustancias
relacionadas entre siacute mediante la donacioacuten y aceptacioacuten de un
solo ion hidroacutegeno
Modelo de Lewis
Un aacutecido de Lewis es un ion o moleacutecula aceptor de pares
electroacutenicos Una base de Lewis es un ion o moleacutecula dador de
pares electroacutenicos
Para los aacutecidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas
cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar queacute
clases de bases preferiraacute un aacutecido determinado y viceversa
Estas reglas se basan en dividir las bases en
bases duras que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma)
difiacutecilmente Por ello normalmente el aacutetomo dador es
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23
pequentildeo y muy electronegativo (N O y F) Ejemplos Fndash
OHndash O2ndash H2O R2O (eacuteteres) NH3
bases blandas que son aquellas que tienen un aacutetomo dador
cuya densidad electroacutenica se polariza (se deforma) con
facilidad Los aacutetomos dadores son generalmente menos
electronegativos y mayores que los de las bases duras
(elementos no cabecera de los grupos 15 a 17) Ejemplos
Brndash Indash CNndash SCNndash Hndash Rndash RSndash CO RNC
En general las bases blandas deberiacutean ser maacutes fuertes que
las duras pues ceden con mayor facilidad el par electroacutenico
Ahora bien se ha observado que ciertos aacutecidos forman enlaces
maacutes estables con las bases duras que con las blandas
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases duras reciben el nombre de aacutecidos duros
Los aacutecidos que en proporcioacuten se enlazan mejor con las
bases blandas reciben el nombre de aacutecidos blandos
Reacciones de neutralizacioacuten
En el concepto tradicional de Arrhenius las reacciones de
neutralizacioacuten son reacciones entre un aacutecido que aporta iones
hidroacutegeno y una base que aporta iones hidroacutexido
Son de neutralizacioacuten en la direccioacuten en que son espontaacuteneas
es decir en la que se pasa de aacutecidos y bases maacutes fuertes a
aacutecidos y bases maacutes deacutebiles
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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24
pH y pOH
El pH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten ioacutenica de hidronio pH = -log[H+]
Los valores del pH van de 0 a 14 (Figura 2) Una solucioacuten con
un pH 00 es fuertemente aacutecida una solucioacuten con un pH de 14
es fuertemente baacutesica y una solucioacuten con pH = 7 es neutra
Por tanto las soluciones aacutecidas tienen valores de pH que van
01 a 699 y las soluciones baacutesicas entre 71 y 1399 La
naturaleza logariacutetmica de la escala del pH determina que un
cambio de una unidad de pH equivalente a una modificacioacuten de
diez veces en la concentracioacuten ioacutenica
El pOH de una solucioacuten es el logaritmo negativo de la
concentracioacuten de hidroacutexido pOH = -log[OH-]
Una solucioacuten con un pOH menor que 7 es baacutesica con un pOH de
7 es neutra y con un mayor que 7 es aacutecida La escala del pOH
determina un cambio de una unidad de diez veces en la
concentracioacuten ioacutenica La relacioacuten entre pH y pOH facilita el
caacutelculo de la cantidad de uno de ellos si se conoce el otro
pH + pOH = 1400
Figura 2 Escala de pH y pOH
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25
Capiacutetulo II
ldquoPROCESO DE OBTENCIOacuteN DE
QUITOSANOrdquo
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26
21 ANTECEDENTES
La quitina y el quitosano son dos biopoliacutemeros que poseen la
ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace
millones de antildeos
En efecto si se hace caso de infinidad de hallazgos
paleontoloacutegicos es posible asignarle a la quitina una edad
de al menos 570 millones de antildeos al haber sido encontrada en
el exoesqueleto de artroacutepodos acuaacuteticos foacutesiles conocidos
como trilobites que datan de la era paleozoica
Figura 3 Relacioacuten estructural entre la quitina el quitosano y el quitano
Ambos biopoliacutemeros estaacuten quiacutemicamente emparentados (Figura
3) la quitina por su parte es una poli (β-Nacetil-
glucosamina) (figura 1) la cual mediante una reaccioacuten de
desacetilacioacuten que elimine al menos un 50 de sus grupos
acetilo se convierte en quitosano (poli (β-N-acetil-
glucosamina-co-β glucosamina)) Cuando el grado de
desacetilacioacuten alcanza el 100 el poliacutemero se conoce como
quitano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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27
Por se un producto natural no podemos esperar una
composicioacuten uacutenica Debe entenderse por esto que las
diferentes moleacuteculas del poliacutemero presentan variabilidad
entre ellas La variabilidad abarca su longitud el
porcentaje de grupos amino-acetilos y la posicioacuten de estos a
lo largo de la cadena
La matriz de los exoesqueletos de crustaacuteceos estaacute formada por
quitina asociada a proteiacutenas pigmentos y sales inorgaacutenicas
en la figura 4 se muestra la micro estructura de la matriz de
crustaacuteceos en ella se reconocen dos zonas denominadas
epicutiacutecula y endocutiacutecula La primera no posee quitina y
estaacute compuesta por tanino fenoacutelicos (lipoproteiacutenas que le dan
el color caracteriacutestico) y material calcaacutereo que le imprime
dureza y resistencia La endocutiacutecula presenta quitina en sus
tres capas sucesivas la capa pigmentada con depoacutesitos
granulares de pigmentos tipo melaninas fuertemente
calcificada la denominada capa calcificada de color azul
difuso por contener probablemente derivados de carotenoides
y la capa descalcificada constituida por asociaciones
quitina-proteiacutena denominada tambieacuten pro-cutiacutecula
Figura 4 Micro estructura de la matriz de los crustaacuteceos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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28
22 FUENTES DE QUITINA Y QUITOSANO
Su nombre derivado del griego kiacutetos significa cavidad o
boacuteveda y el sitio en que se encuentra el caparazoacuten de
muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos La quitina estaacute
involucrada en la proteccioacuten de varias especies La quitina
se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza Sus
fuentes principales son el exoesqueleto (caparazoacuten) de muchos
crustaacuteceos alas de insectos (escarabajos cucarachas)
paredes celulares de hongos algas etc (Figura 5)
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del caparazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad
jaibas camarones langostas arantildeas y cucarachas
Sin embargo la produccioacuten industrial de este biomaterial
praacutecticamente se basa en el tratamiento de las conchas de
diversos tipos de crustaacuteceos (camarones langostas cangrejos
y krill) debido a la facilidad de encontrar estos materiales
como desecho de las plantas procesadoras de estas especies
Figura 5 Fuentes de obtencioacuten de quitina y quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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29
23 PRINCIPALES APLICACIONES
Las principales aplicaciones (Figura 6) que tienen
actualmente el quitosano en las aacutereas maacutes relacionadas con
nuestro paiacutes son
a) Agricultura se centra en mejorar los rendimientos
agronoacutemicos por medio de varios mecanismos Entre las maacutes
comunes tenemos
Recubrimiento de semillas con peliacuteculas de quitosano
para su conservacioacuten durante el almacenamiento
Sistemas liberadores de fertilizantes
Agente bactericida y fungicida para la proteccioacuten de
plaacutentulas (inicio de las plantaciones)
b) Medicina la quitina y el quitosano se utiliza para
acelerar de la cicatrizacioacuten de heridas vacunas e incluso
materiales algunos son
Produccioacuten de suturas quiruacutergicas a partir de quitina
Produccioacuten de gasas y vendajes tratados con quitosano
Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras
c) Farmaceacuteutica el uso de quitosano en sistemas de
liberacioacuten controlada de faacutermacos La biocompatibilidad y la
biodegradabilidad del quitosano han sido claramente
establecidas y son cualidades sumamente microgranuladas para
esos objetivos
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30
d) Tratamiento de aguas es una de las aacutereas maacutes importantes
debido a que el quitosano y la quitina son sustancias
―ambientalmente amigables Entre los principales usos que se
hacen en la actualidad de estos biomateriales y algunos de
sus derivados en este campo tenemos
Coagulante primario para aguas residuales de alta
turbidez y alta alcalinidad
Floculante para la remocioacuten de partiacuteculas coloidales
soacutelidas y aceites de pescado
Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones
acuosas Algunos copoliacutemeros de injerto del quitosano
muestran alta efectividad para remover metales pesados
especialmente los derivados de aacutecidos alquenodioacuteicos
e) Cosmeacuteticos es amplia la aplicacioacuten de ambos biopoliacutemeros
en este campo Se mencionan tres de las maacutes conocidas
Fabricacioacuten de caacutepsulas para adelgazar
Aditivo bactericida en jabones shampos cremas de
afeitar cremas para la piel pasta dental etc
Agente hidratante para la piel
f) Alimentos al poseer actividad antimicrobiana se le
emplea en para
Extender el tiempo de preservacioacuten de los alimentos
Recuperar materiales soacutelidos en residuos asiacute como
proteiacutenas y grasa del suero de quesos
Eliminacioacuten de colorantes y acidas de jugos frutales
Purificacioacuten de agua de consumo
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31
g) Biosensores son numerosiacutesimas las aplicaciones del
quitosano en este campo especialmente como soporte para la
inmovilizacioacuten de enzimas sensibles a un sustrato especiacutefico
Algunos ejemplos son
Sensor para glucosa en sangre humana basado en la
inmovilizacioacuten de la enzima glucosa oxidasa sobre
quitosano usando adicionalmente Azul de Prusia
Sensor para la deteccioacuten de fenoles en aguas de desecho
en plantas industriales basado en la inmovilizacioacuten de
la enzima tirosinas
Sensores basados en la inmovilizacioacuten de nano partiacuteculas
espacialmente ordenadas
Figura 6 Esquema general para el aprovechamiento de crustaacuteceos en el desarrollo
de aplicaciones a partir de sus subproductos quitina y quitosano
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32
24 PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
La seleccioacuten del biodesecho a utilizarse como materia prima
para la obtencioacuten de quitina y quitosano debe hacerse
teniendo en cuenta las cantidades disponibles la composicioacuten
quiacutemica (Ver Tabla 1) las impurezas incluidas la zona
geograacutefica la eacutepoca del antildeo y la aplicacioacuten deseada Estas
variables condicionaraacuten inevitablemente los protocolos del
proceso
Tabla 1 Composicioacuten quiacutemica representativa de diversos tipos de desechos
quitinosos industriales
Debido a su alto contenido de humedad y composicioacuten quiacutemica
los desechos o materia prima utilizables industrialmente para
producir quitina y quitosano constituyen una biomasa
altamente perecedera desde el punto de vista microbioloacutegico
es tambieacuten muy susceptible a la degradacioacuten enzimaacutetica
especialmente bajo las condiciones climatoloacutegicas
prevalecientes la mayor parte del antildeo en muchas de las
regiones donde se generan
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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33
En las proteiacutenas se produce la rotura de la cadena
molecular lo que afecta su calidad nutricional isoeleacutectrica
en la solucioacuten alcalina que efectuacutea la extraccioacuten
Por tal motivo es necesario acondicionar la materia prima
desde la recepcioacuten de la materia prima y para ello se tienen
los siguientes meacutetodos
1 Enfriamiento
En el caso de almacenamiento a baja temperatura el tipo de
tratamiento depende del tiempo previsto de alamacenamiento
previo al proceso Desde el punto de vista de la calidad de
los productos finales (quitina quitosano pigmentos y
proteiacutenas)
2 Secado
El tratamiento teacutermico necesario para evaporar el agua
promueve una mayor interaccioacuten quiacutemica entre a quitina y
proteiacutena y por lo tanto hace maacutes difiacutecil la separacioacuten
subsiguiente de la quitina Ello menoscaba la pureza del
poliacutemero obtenido e implica tratamientos quiacutemicos maacutes
severos
3 Ensilado
Consiste en el tratamiento de la biomasa por medio de la
adicioacuten de aacutecidos orgaacutenicos o bien por medio de la
fermentacioacuten con bacterias que producen el aacutecido in situ a a
partir de una fuente barata de azuacutecares Este es un proceso
al que se le atribuyen algunas ventajas especialmente en el
tratamiento del desecho de cabeza de camaroacuten
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34
4 Tratamiento alcalino
La materia prima se somete a un tratamiento con una solucioacuten
alcalina diluida
Despueacutes del acondicionamiento previo por el que se haya
elegido seguir es necesario lavar separar secar y reducir
el tamantildeo de la materia prima
Para lograr un mejor resultado es necesario que el tamantildeo de
las partiacuteculas soacutelidas sea pequentildeo con la finalidad de que
se facilite el contacto iacutentimo entre fases a fin de obtener
condiciones uniformes de reaccioacuten Una vez acondiciona la
materia prima se pueden iniciar las etapas de la obtencioacuten
de la quitina
La desproteinizacioacuten se logra de dos maneras baacutesicas la
primera es un proceso quiacutemico y la segunda por un proceso
enzimaacutetico
La desmineralizacioacuten se logra a traveacutes de un proceso quiacutemico
Al iniciar la etapa de desmineralizacioacuten es importante
asegurar que la quitina haya sido lavada hasta la
neutralizacioacuten con anterioridad pues de lo contrario parte
del aacutecido antildeadido para la desmineralizacioacuten se pierde
Para la obtencioacuten del quitosano la principal reaccioacuten de la
quitina es la hidroacutelisis de los grupos acetamida lo cual se
logra a traveacutes de la desacetilacioacuten
La desacetilacioacuten completa difiacutecilmente se alcanza y
normalmente no es necesaria ya que la solubilidad en
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
35
soluciones de aacutecido diluido se logra a partir de un
determinado grado de desacetilacioacuten
El criterio utilizado para distinguir entre quitina y
quitosano es precisamente la solubilidad de este uacuteltimo en
soluciones de aacutecido diluido
En el diagrama a bloque podemos ver simplificado el proceso
de obtencioacuten de quitosano
Figura 7 Diagrama a bloques del proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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36
25 DESCRIPCIOacuteN DEL PROCESO
El exoesqueleto de los camarones contiene baacutesicamente tres
componentes Proteiacutenas Minerales y Quitina Otro componente
importante son los pigmentos de naturaleza lipiacutedica pero
como se encuentran estrechamente integrados a las proteiacutenas
los consideramos como uno solo
El material que nos interesa extraer es la quitina a partir
de ella se obtiene el quitosano por medio de una
transformacioacuten quiacutemica Con ayuda de las siguientes figuras
explicaremos lo anterior
La imagen representa los materiales que componen el
exoesqueleto de los camarones En color amarillo se
representa a las proteiacutenas El verde a los minerales Y el
morado representa a la quitina
La primera etapa del proceso consiste en eliminar las
proteiacutenas Esto se hace con una solucioacuten de hidroacutexido de
sodio y una temperatura elevada Al finalizar esta etapa el
residuo es una solucioacuten de hidroacutexido de sodio con un alto
contenido de proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
37
La segunda etapa del proceso consiste en eliminar los
minerales esto se hace con una solucioacuten de Aacutecido
Clorhiacutedrico Al finalizar esta etapa se obtiene quitina
Para transformar la quitina en quitosaacuten se emplea hidroacutexido
de sodio concentrado alta temperatura reflujo y atmoacutesfera
de nitroacutegeno
La produccioacuten de quitosano consta de los siguientes pasos
1 Adquisicioacuten de la materia prima
2 Transporte y almacenamiento de la materia prima
Es necesario almacenar la cascara de camaroacuten en un
refrigerador para conservar sus propiedades y evitar la
descomposicioacuten de la misma
3 Pre tratamiento de la materia prima
Cuando se saca del refrigerador la caacutescara de camaroacuten es
necesario hacerle un lavado para retirar la basura de maacutes
pequentildeo tamantildeo para despueacutes reducir el tamantildeo de la cascara
de camaroacuten con un triturador y despueacutes depositada en un
recipiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
38
4 Transporte y primera etapa (desproteinizacioacuten)
Despueacutes del pre tratamiento pasa al tanque abierto con un
sistema de agitacioacuten La desproteinizacioacuten se lleva a cabo
con una solucioacuten baacutesica para que el proceso se lleve a cabo
de manera eficaz se agita la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten sea homogeacutenea Despueacutes de un lapso
determinado de tiempo se retiraraacute la solucioacuten baacutesica
5 Neutralizacioacuten de la primera etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten baacutesica de la
materia prima se hace un lavado con una solucioacuten aacutecida
durante un tiempo determinado y con una agitacioacuten constante
hasta llegar a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
6 Segunda etapa (desmineralizacioacuten)
La desmineralizacioacuten se lleva a cabo con una solucioacuten aacutecida
para que el proceso se lleve a cabo de manera eficaz se
agitaraacute el tanque la mezcla permitiendo que la
desproteinizacioacuten homogeacutenea Despueacutes de un lapso determinado
se retiraraacute la solucioacuten aacutecida
7 Neutralizacioacuten de la segunda etapa
Para eliminar los residuos de la solucioacuten aacutecida de la materia
prima se hace un lavado con una solucioacuten baacutesica durante un
tiempo determinado y con una agitacioacuten constante hasta llegar
a un pH neutro y despueacutes se drena el tanque
8 Secado de la quitina
Despueacutes de la primera y segunda etapa hemos obtenido la
quitina y para poder pasar a la desacetilacioacuten es necesario
retirar la mayor cantidad de liacutequido para evitar la dilucioacuten
del aacutelcali en la tercera etapa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
39
9 Transporte y tercera etapa (desacetilacioacuten)
Una vez seca la quitina se pasa a un tanque el cual estaraacute
cerrado y con un sistema de agitacioacuten ya que estaacute ultima
requiere de una atmosfera de nitroacutegeno y se usaraacute un solucioacuten
baacutesica para transformar la quitina en quitosano esto se
logra cuando a la cadena de la quitina se desprende el grupo
acetilo y se agrega un grupo amino como se puede ver en la
Figura 8
Figura 8 Transformacioacuten de la quitina a quitosano
10 Lavado del quitosano
Obtenido el quitosano se pasa a un lavado con una solucioacuten
aacutecida hasta llegar a un pH neutro con el objetivo de tener
un mayor porcentaje de quitosano puro sin tantas cenizas
11 Secado y empaquetado del quitosano
Para una mejor transportacioacuten del quitosano se propone un
secado parcial para retirar un porcentaje de humedad y un
empaquetado en vacio en un frasco
Nota algunos autores2 manejan que para mejorar el grado de desacetilacioacuten es necesario repetir el proceso de 2-4 veces y entre cada tratamiento
hacer lavados con agua con la finalidad de destruir las zonas alcalinas de la quitina y mejorar la accesibilidad de los reactivos y por ende
obtener una mayor rapidez en la hidroacutelisis
2 Los diferentes se mencionan en el libro ldquoQuitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y aplicacionesrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
40
26 FLUJO DE PROCESO O CURSOGRAMA
Se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de
las actividades prevista la naturaleza dela maquinaria y el
equipo considerados el tiempo y tipo de las operaciones a
realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que
involucra cada producto o variante se pretende realizar
La simbologiacutea utilizada es la siguiente
Operacioacuten
Indica las principales fases del proceso meacutetodo o
procedimiento Por lo comuacuten la pieza materia o producto del
caso se modifica durante la operacioacuten
Transporte
Indica el movimiento de los trabajadores materiales y
equipos de un lugar a otro
Inspeccioacuten
Indica que se verifica la calidad la cantidad o ambas
Almacenamiento
Indica depoacutesito de un objeto bajo la vigilancia en un almaceacuten
donde se lo recibe o entrega mediante alguna fomra de
auntorizacioacuten o donde se guarda con fines de referencia
Deposito provisional o espera
Indica demora en el desarrollo de los hechos por ejemplo
trabajo en suspenso entre dos operaciones sucesivas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
41
En el siguiente cursograma de actividades se muestra el
proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
42
27 PROPUESTA DE DIAGRAMA DE PROCESO (NIVEL LABORATORIO ESCALADO A PLANTA PILOTO)
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIOacuteN
EMPAQUETADO
TRANSPORTE
LAVADO
Solucioacuten NaOH
10 concentracioacuten
NEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
Solucioacuten HCl
1 concentracioacuten
NUETRALIZADO
Solucioacuten de NaOH
SECADO
DESACETILACIOacuteN
SECADONEUTRALIZADO
Solucioacuten HCl
5 ndash 10 Kg
Solucioacuten NaOH
40 concentracioacuten
Nitrogeno
Liberacioacuten de oxigeno
MOLINO
30 mesh
DESPROTEINIZADO
DESMINERALIZADO
TI
LI
FV
Agua con cloro
250 ppm
V01
TM
TRANSPORTE
RECEPCION DE LA
CASCARA DE CAMARON
V01
LI
TM
pH = 7
V01
V01V01
pH = 7
TM
V01 V01
TM
HR
Potencia
TM
HR
TITI
LI
TI
TI
TIPI
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
43
Capiacutetulo III
ldquoMateriales y Meacutetodosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
44
31 PROPUESTA DEL PROCESO DE OBTENCIOacuteN DE QUITOSANO
Con lo dicho anteriormente se propone reducir el diagrama de
proceso cumpliendo de igual manera los pasos para obtener
quitosano cuidando los aspectos necesarios para obtener
buenos resultados
Por lo tanto la materia prima y los meacutetodos analiacuteticos a
utilizar seraacuten
De la clasificacioacuten de los crustaacuteceos se selecciono a la
especie farfantepenaeus californiensis anteriormente conocido
como Penaeus aztecus comuacutenmente conocido como camaroacuten cafeacute
jumbo el cual se encuentra en el oceacuteano pacifico donde los
principales estados pesqueros son Sinaloa Sonora Nayarit y
Tamaulipas Esta especie de camaroacuten cuenta con un alto
porcentaje de contenido de quitina en la cascara
Para el almacenamiento de la caacutescara de camaroacuten se propone un
refrigerador a una temperatura ideal de 4ordmC (la congelacioacuten
es la mejor opcioacuten ya que se preservan las caracteriacutesticas de
los componentes en su estado nativo pero existe un
inconveniente ya que al descongelar la materia prima el
precio del equipo incrementara) previniendo la degradacioacuten
microbiana y evitando perder las propiedades quiacutemico-fiacutesicas
de las proteiacutenas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
45
Acondicionamiento de la materia prima
Tomando en cuenta el estaacutendar de calidad que se desea
obtener se debe someter a un pre tratamiento Se propone un
lavado en un tanque con sistema de agitacioacuten a una capacidad
de 350lts (relacioacuten 15pv) el cual se lleva acabo con agua
clorada (05ppmLt) a temperatura ambiente durante 6 hrs Al
final de las seis horas la materia prima esta preparada para
la trituracioacuten
Para la trituracioacuten se propone un tamantildeo de partiacutecula no
mayor a 6mm con la finalidad de que se facilite el contacto
iacutentimo entre fases a fin de obtener condiciones uniformes de
reaccioacuten cuando el tamantildeo de partiacutecula se reduce por debajo
de 6mm la fraccioacuten de finos es suspendida en fase liquida
lo que dificulta su separacioacuten luego de completarse la
reaccioacuten
Primera etapa
Con el producto obtenido se puede iniciar la
desproteinizacioacuten en el primer reactor el cual tiene una
capacidad de 1000lts se utiliza una solucioacuten de NaOH a una
temperatura ambiente en un tiempo de 1hrs la relacioacuten de
pesovolumen es de 130
El residuo de agua proveniente de este proceso contiene
elevadas proteiacutenas y no se pueden desechar al ducto de aguas
negras (ya que incrementa la demanda bioloacutegica de oxiacutegeno
(DBO) y los costos de tratamiento) sin antes pasar por un
acondicionamiento La obtencioacuten de las proteiacutenas se
utilizan en alimento para ganado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
46
Terminado el proceso de desproteinizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a
un pH=7
Una vez que la materia prima este neutralizada se inicia la
etapa de desmineralizacioacuten para la cual se utiliza una
solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico a temperatura ambiente durante
1hrs la relacioacuten de pesovolumen es de 110
Terminado el proceso de desmineralizacioacuten es necesario lavar
la materia prima con una solucioacuten baacutesica (NaOH) hasta llegar
a un pH=7 ya que si queda retenido aacutecido entre la estructura
soacutelida puede producirse rotura de cadena de la quitina
Para eliminar el exceso de humedad se propone un secador por
aspersioacuten ya que facilita un secado extremadamente raacutepido
debido al tamantildeo de partiacutecula ya que tiene mayor contacto
con la superficie caliente del secador
Segunda etapa
Para esta segunda etapa se propone un tanque con capacidad de
100lts (relacioacuten 14pv) se utiliza una solucioacuten de NaOH
50 PV a una temperatura de 100ordmC y una atmosfera de
Nitrogeno en un tiempo de una hora
La principal reaccioacuten de derivatizacioacuten de la quitina es la
hidroacutelisis de los grupos acetamida para generar el poliacutemero
desacetilado quitosano (tambieacuten llamado quitosana) Esta
reaccioacuten se produce bajo condiciones alcalinas muy severas
debido a la combinacioacuten de tres factores
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
47
1 La baja reactividad debida a configuracioacuten trans de los
sustituyentes acetamida con respecto al grupo OH-3 del
anillo piranoacutesico de la unidad monomeacuterica
2 La presencia de enlaces de hidrogeno entre grupos
carbonilo y amida de cadenas adyacentes
3 El denso empaquetamiento de las cadenas en el enrejado
cristalino de la quitina que previene el acceso del
aacutelcali a los sitios reactivos
Terminado el proceso de desacetilacion es necesario lavar la
materia prima con una solucioacuten aacutecida (HCl) hasta llegar a un
pH=7
Despues se propone un lavado con agua potable en un tanque
con sistema de agitacioacuten a una capacidad de 100lts (relacioacuten
14pv) a temperatura ambiente durante 30min
Tercera etapa
Para eliminar el exceso de humedad se propone un segundo
secador por aspersioacuten ya que facilita un secado
extremadamente raacutepido debido al tamantildeo de partiacutecula ya que
tiene mayor contacto con la superficie caliente del secador
Al termino de esta etapa el producto final esta listo para
empaquetar
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
48
Tabla 2 Condiciones del proceso
ACONDICIONAMIENTO
Lavado Agua Tamb
Relacioacuten 15
Tiempo 6 Hrs
Triturado 63075mm
DESPROTEINIZACIOacuteN
Reactivo NaOH 10 pv
Relacioacuten 130
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESMINERALIZACIOacuteN
Reactivo HCl 21M
Relacioacuten 110
Temperatura Ambiente
Tiempo 1 Hrs
DESACETILACIOacuteN
Reactivo NaOH gt50 pv
Relacioacuten 14
Temperatura 100ordmC
Atmosfera Nitroacutegeno
Tiempo 1 Hrs
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
49
Tabla 3 Condiciones de operacioacuten de los equipos
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 1
Capacidad 350lts
Dimensiones h=124m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 1
Capacidad 1000lts
Dimensiones h=2m d=1m
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
REACTOR 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=1m d=60cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
TANQUE CON SISTEMA DE AGITACION 2
Capacidad 100lts
Dimensiones h=8m d=40cm
Potencia 1000 Wm3
Material Acero inoxidable 316L
SECADOR 1 Y 2
T Entrada 180 ordmC
T Salida 80 ordmC
REFRIGERADOR
Capacidad 500Kg
BANDA DE CANGILONES
Altura 139m
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
50
En la siguiente propuesta de cursograma de actividades se
muestra el proceso de obtencioacuten de quitosano
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
51
32 PROPUESTA DEL DIAGRAMA DE PROCESO
Cascara de camaroacuten
REFRIGERACIONTRANSPORTELAVADO
P-454
E-163
DESACETILACION
SA
LID
A 1
LAVADO
TRITURACION
60 mesh
1ordm REACTOR
P-451
TI
BANDA
CANGILONES
TM
V-67
HR
I-54
AGUA
CLORADA
V-70
P-463
P-440
V-62
P-432
V-68
P-444
pH = 7
TM
TM
NaOHHCl
NIROGENO
AGUA
POTABLE
P-465
P-471
ENTRADA 2
SALIDA 2
EN
TR
AD
A 1
l
ALMACEN
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
52
Como se puede observar el diagrama de proceso se reduce a 2
tanques de lavado y dos reactores asiacute como un solo secador
para ambas etapas (salida del primer reactor y la salida del
segundo tanque de lavado)
Se puede apreciar en el cursograma de actividades que el
tiempo de traslado entre las etapas reduce y por ende el
tiempo total de la produccioacuten de quitosano es menor
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
53
CAPITULO IV
ldquoDesarrollo de la
automatizacioacutenrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
54
41 SELECCIOacuteN DE EQUIPO
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 350 litros
Medidas 750 mm
Altura 960 mm
Altura con patas 1870 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 9 Propuesta del primer tanque del lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
55
Tanque
Datos teacutecnicos
Capacidad 100 litros
Medidas
Altura 1000 mm
Altura con patas 1500 mm
Potencia moto reductor motor Siemens 2 hp
Reductor salida 1000 rpm
Rendimiento produccioacuten 20 horas
Figura 10 Propuesta del segundo tanque de lavado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
56
Reactor
REACTOR en INOX
Datos teacutecnicos
Capacidad total 1250 litros
CON DOBLE FONDO
Montado sobre 4 cartelas
Tapa con boca carga y diversas tubuladuras
Agitador con cierre refrigerado por prensaestopas ANCORA
Transmisioacuten eje por corona dentada
Motor 15 KW 680 rpm 220380 V
Dim Oslash 980 x 1850 mm Espesor pala 7 mm
Figura 11 Propuesta del primer reactor
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57
Reactor
REACTOR marca ADAIBRA
Datos teacutecnicos
Capacidad total 160 litros
Capacidad Uacutetil 110 litros
En INOX AISI 321
Presioacuten de trabajo 6 Atm
Con su correspondiente agitador con grupo motor reductor
salida 35 rpm 025 CV Turbagit montado sobre ruedas Sistema
de Elevacioacuten de la tapa hidraacuteulico contrapesado Equipado con
2 mirillas laterales de control de liacutequido Con vaacutelvula de
seguridad-Presioacuten Toma de vaciacuteo y toma de incorporacioacuten de
liacutequidos durante reaccioacuten 2 Tomas maacutes para usos diversos
Equipado con 8 caacutencamos abatibles para alta presioacuten
Dimensiones interiores Oslash 500 x 650 mm
Figura 12 Propuesta del segundo reactor
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58
Banda de cangilones
Datos teacutecnicos
Elevador de cangilones por descarga continuacutea
Modelo B85E18 (correa)
Modelo C85E18 (cadena)
Longitud 1397 cm
Calibre 28
Figura 13 Propuesta de la banda transportadora de la cascara de camaroacuten hacia el
primer tanque de lavado
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59
Bomba de vaciacuteo para fluidos pesados
Bomba serie DBS
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 1200 msup3h
Altura hasta 100 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 110 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 10 bar
Cierre de eje empaquetadura cierre
mecaacutenico
Materiales acero inoxidable
Bomba de vaciacuteo para fluidos ligeros
Bomba serie SIHIISOchem CBS CBM CBE
Datos teacutecnicos
Caudal hasta 650 msup3h
Altura hasta 150 m
Velocidad maacutex 3600 rpm
Temperatura maacutex 350 degC
Presioacuten del cuerpo hasta 25 bar
Cierre de eje cierre mecaacutenico
accionamiento magneacutetico
Materiales fundicioacuten de hierro
nodular acero inoxidable duplex
Figura 14 Propuesta de la
bomba para fluidos pesados
Figura 15 Propuesta de la
bomba para fluidos ligeros
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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60
Trituradora de Mandiacutebula
Modelo BB200
Datos teacutecnicos
Aplicacioacuten molienda previa y gruesa
Campos de
aplicacioacuten
ingenieriacutea electroacutenica Materiales de
construccioacuten medio ambiente
mineralogiacutea metalurgia Quiacutemica
Plaacutesticos vidrio ceraacutemica
Tipo de material semiduro duro fraacutegil tenaz
Principio de
molienda presioacuten
Granulometriacutea
inicial lt 90 mm
Graulometriacutea final lt 2 mm
Material de los
uacutetiles de molienda
acero al manganeso acero inoxidable
carburo de wolframio acero 11750 (para
molienda libre de metales pesados)
Abertura de boca 90 x 90 mm
Ajuste abertura de
salida 0 - 30 mm
Indicador de la
abertura de salida escala
Ajuste del cero siacute
Tolva abatible siacute
Conexioacuten de
aspiradora siacute
Lubricacioacuten central
(opcioacuten) opcioacuten
Suministrable como
versioacuten para opcioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
61
montaje
Recipiente colector 5 l
Motor motor monofaacutesico motor trifaacutesico
Potencia 15 kW
Tipo de proteccioacuten IP 54
A x H x F cerrado 450 x 1160 x 900 mm
Peso neto ~ 300 kg
Valor de emisioacuten en
el puesto de
trabajo
LpAeq 92 dB(A)
Figura 16Propuesta del triturador para la reduccioacuten del tamantildeo
Dependiendo del material introducido y de la configuracioacutenajuste del equipo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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62
Secador por Aspersioacuten
PLANTA MODELO 1612
AIRE DE SECADO EVAPORACION CONSUMO FM(Kwh) ESPACIO
ENTRADA SALIDA AGUA (lth) COMBUSTIBLE(KCALh) REQUERIDO(m)
180 80 19 24000 48
PARTES QUE COMPONEN EL EQUIPO
1) Tanque alimentacioacuten
2) Filtro de producto
3) Bomba dosificadora
4) Accesorios y vaacutelvulas
5) Atomizador completo
6) Conjunto de herramientas y
repuestos para Atomizador
7) Generador de gases calientes
directo
8) Quemador completo
9) Sistema de encendido y control
de llama
10) Dispersor de aire caliente
11) Caacutemara de secado con puerta
y mirillas
12) Conjunto Martillos electromagneacuteticos automaacutetico
13) Cicloacuten de salida de producto
14) Vaacutelvula rotativa
15) Ventilador de aspiracioacuten
16) Conjunto de conductos de interconexioacuten
17) Registro de aire
18) Chimenea
19) Tablero de control y comando completo
20) Conjunto de motores normalizados para el equipo
21) Instalacioacuten eleacutectrica completa
Figura 17 Propuesta para el
secado de partiacuteculas
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
63
22) Escalera y Plataformas con barandas
23) Soportes y estructuras para la instalacioacuten
OPCIONALES
24) Lavador de Gases Efluentes
Atomizador Auxiliar
Horno Indirecto
Aislacioacuten Teacutermica
Transporte Neumaacutetico
Doble salida Producto
Enfriador de polvo
Tolva de Polvo
Puerta de Explosioacuten
Registrador de Temp
Equipos accesorios
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
64
Empacadora
Es una maacutequina disentildeada para el envasado
en forma semiautomaacutetica de productos
granulados de faacutecil deslizamiento
La maacutequina opera colocando el envase
preconfeccionado sobre la boquilla de
descarga y al presionar un pedal
eleacutectrico se produce la descarga de
producto con la dosis seleccionada
La dosificacioacuten se realiza por medio de
vasos telescoacutepicos de altura regulable
que permiten la regulacioacuten de las dosis
a seleccionar
Dichos vasos ubicados entre platos giran con velocidad
controlada desde el panel
Esta esta maacutequina permite que un solo operador pueda realizar
las tareas de llenado y cierre de la bolsa logrando
producciones de hasta 15 envases por minuto
Todas las partes de la maacutequina que estaacuten en contacto con el
producto a dosificar son construidas en acero inoxidable con
terminacioacuten sanitaria
Confiabilidad total disentildeo robusto y muy bajo costo hacen
que estas maacutequinas puedan cubrir perfectamente sus
expectativas
Figura 17 Propuesta
de la empacadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
65
Vaacutelvula de globo
Marca Thorsa
Datos Teacutecnicos
Globo serie 150(Altura de resalte RF=152RJ=635)
DIAMETRO NPS 2
DN 50
EXTREMOS
RF A 2032
RJ A1 2157
BW A2 2032
BRIDAS
D EXTERIOR 152
RJ No R22
ESPSRESALTE 143
VOLANTE 180
CIRCDE AGUJEROS 1205
CANTIDAD 4
DIAM DE AGUJEROS 19
Para la propuesta se requiere de una vaacutelvula de 2 de
diaacutemetro
Figura 18 Propuesta de las vaacutelvulas globo
(Control de flujo)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
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66
Vaacutelvula Rotatoria
Datos Teacutecnicos
Vaacutelvula rotativa acoplada directa
- Material de acero inoxidable AISI-304 o 316L
- Terminacioacuten sanitaria
- Capacidad 2-3 ltrev
- Caja porta rodamiento acero al carbono
- Motor de kw y 15-30 rpm salida reductor
Vaacutelvula rotativa transmisioacuten lateral
- Material acero al carbono y AISI-304 O 316L
- Capacidad 2-4 ltrev
- Sistema de transmisioacuten indirecta motor y pintildeones
Figura 19 Propuesta de la vaacutelvula rotativa
(Control de relacioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
67
Vaacutelvula macho
Ser ies P4T y P6T
Presiones de servicio hasta 206 bar (3000 psig)
Conexiones finales mediante racores Swagelokreg y roscas
coacutenicas NPT e ISO
Tamantildeos desde 6 a 12 mm y desde 18 a 12 pulgada
Materiales de latoacuten y acero inoxidable 316
Figura 20 Propuesta de la vaacutelvula macho
(Vaacutelvulas de mantenimiento)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
68
Vaacutelvula de alivio
Vaacutelvulas de baja presioacuten
Presiones de servicio hasta 206 bar (300 psig)
Un solo muelle para el rango completo de presioacuten de disparo
Conexiones finales de 6 y 8 mm y 14 pulgadamdashSerie RL3
Conexiones finales de 12 mm y 12 pulgadamdashSerie RL4
Figura 21 Propuesta de la vaacutelvula de alivio
(Vaacutelvula de seguridad para controlar la presioacuten)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
69
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de los tanques y reactores se considera que
esteacuten elaborados de acero inoxidable 316 debido a que este
material es altamente resistente a la corrosioacuten
Con respecto a los voluacutemenes se calcularon en base a las
relaciones que deben de tener tanto de materia prima asiacute como
tambieacuten de reactivos
Para la seleccioacuten de la banda de cangilones de debe
considerar el tipo de material a transportar considerar si
va en forma de granos o soacutelido Para este caso se considerar
un transporte de materia en forma de soacutelido
Se considera el tipo de fluido a transportar por la tuberiacutea
por lo que se proponen dos bombas de vaciacuteo una para
materiales pasados y la otra con materiales ligeros La bomba
de vaciacuteo de materiales pesados debe de contar con una mayor
potencia en comparacioacuten de las otras debido a que
inicialmente la caacutescara de camaroacuten es muy densa
Se propone un triturador debido a que este tiene una
granulometriacutea mayor a la de un molino el tamantildeo de partiacutecula
se propone de 2 a 3 mm
Se considera un secador por aspersioacuten debido a que este
permite un mayor secado en menor tiempo permitiendo que la
partiacutecula a secar pierda mayor humedad al instante
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
70
Para la seleccioacuten de vaacutelvulas se consideran y proponen 4
tipos de vaacutelvulas principalmente se proponen vaacutelvulas de
alivio con el fin de liberar presioacuten en un momento dado en el
uacuteltimo reactor recordando que este ultimo rector contiene
gas nitroacutegeno ademaacutes asiacute se toman las medidas de seguridad
necesarias para evitar una explosioacuten
Se consideran vaacutelvulas macho con la finalidad de brindar
seguridad al proceso permitiendo en alguacuten momento dar
mantenimiento a las bombas
Se proponen vaacutelvulas rotativas ya que su mecanismo de
apertura permite el paso de cierta cantidad de materia prima
Respecto a la empacadora se propone una empacadora
semiautomaacutetica de graacutenulos ya que esta permite que un solo
operador pueda realizar las tareas de llenado y cierre de la
bolsa
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
71
42 SELECCIOacuteN DE LA INSTRUMENTACIOacuteN
Transmisor de Temperatura
Rango de medicioacuten de -10hellip150ordmC
Precisioacuten de 015K a 60ordmC
Excelente respuesta T05 =12s y T09=35s
Profundidad de inmersioacuten adaptable
Montaje mediante racores para varilla a presioacuten comunes
Figura 22 Propuesta del transmisor de temperatura
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
72
Medidor de PH en liacutenea PHG-100
Especificaciones
Gama de medicioacuten pH 000pH a 1400pH T 0 a 120ordmC
Resistencia de entrada ge1012Ω
Corriente eleacutectrica de la entrada le2times10-12A
Exactitud 001pH
Resolucioacuten 001pH
Aislado sentildeal hecha salir 4 a CC 20mA (carga 650Ω)
Comunicacioacuten del diacutegito RS-232
Gama de la remuneracioacuten de temperatura 0 a 100 Oc
Capacidad del relais de la alarma CA 220V 2A
Ambiente de trabajo
Temperatura del ambiente 050
Higrometriacutea en aire el le90
Fuente de energiacutea EL AC220Vplusmn10 50Hzplusmn1Hz
Caracteriacutesticas
Monopastilla y resista
interferencia de gran alcance
la Dos-fila LCD pH y
temperatura exhibe al mismo
tiempo uno o dos calibraciones
resistencia de la pinta a la
temperatura de la medida y a
la remuneracioacuten de temperatura
automaacutetica
Comunicacioacuten aislada de la salida y del diacutegito RS-485
Advertencia del liacutemite superior y maacutes bajo Ajuste de la gama
de la alarma y de la salida ilimitado
Figura 23 Propuesta del pHmetro
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
73
Transmisor de Presioacuten Modelo TPR-16
Para baja presioacuten y vacio
Transmisor de presioacuten creado para
mediciones de baja presioacuten a partir de
10 mb y hasta 15 bar Rangos de
presioacuten 0-6 bar Sentildeal de salida de 4-
20 mA2 Hilos 0-20mA Distintos tipos
de conexiones a procesos Aplicables
para gases y liacutequidos agresivos
Respuesta raacutepida Excelente estabilidad
a largo plazo
Transmisores de Nivel
Transmisor 025 diafragma rasante
de acero inoxidable Rango hasta
400 mCA Medicioacuten de nivel continuo
en tanques abiertos con liacutequidos
viscosos en industria quiacutemica
alimentariacutea y farmaceacuteutica
galvanizacioacuten depuradoras
abastecimiento de agua y aguas
residuales etc
Transmisor de nivel 025 diafragma rasante con sensor
ceraacutemico capacitivo Rango hasta 200 mCA
Medicioacuten de nivel continuo en tanques abiertos desde 600 mm
con medios agresivos industria quiacutemica medica y
farmaceacuteutica galvanizacioacuten depuradoras abastecimiento de
agua y aguas residuales etc
Figura 24 Propuesta
para medir la presioacuten
Figura 24 Propuesta para
medir el nivel de los
tanques
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
74
Para la seleccioacuten de los equipos previamente expuestos se
toman diversas caracteriacutesticas y condiciones de operacioacuten
Para el caso de medidores de PH se considera el rango de
operacioacuten de 0-14 con la caracteriacutestica que este equipo opere
en un margen no superior a 120degC
Se propone un sensor transmisor de presioacuten para el tanque
donde se lleva a cabo la desacetilacioacuten esta presioacuten no es
superior a una atmosfera por lo que la presioacuten del reactor
es muy baja
Considerando el tipo de reacciones que se llevan a cabo se
proponen dos sensores transmisores de nivel los cuales son
compatibles con los tanques estos son de aleaciones de
acero inoxidable 316 y soportan reacciones agresivas
Debido a que en el segundo reactor la temperatura es
importante se considera un sensor transmisor el cual tiene
un rango de temperatura no superior a los 120degC
En el caso de los transmisores de flujo se consideran tanto
de tipo maacutesico como volumeacutetrico el maacutesico se considera en
la entrada del primer tanque de lavado ya que lleva cascara
de camaroacuten y los volumeacutetricos se emplean en el resto del
proceso ya que son fluidos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
75
43 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIOacuteN Y TUBERIacuteAS (DTI)
SIMBOLOGIA
TA-100 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE LA CASCARA DE CAMARON
ACl-100 AGUA CLORADA
TA-200 TANQUE ABIERTO PARA LAVADO
DE QUITOSANO
AD-200 AGUA DESTILADA
RE-100 REACTOR DE ACERO INOXDABLE
316L DE DOBLE PARED CON 3 ENTRADAS Y 2
SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 10
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
RE-200 DE ACERO INOXDABLE 316L DE
DOBLE PARED CON 4 ENTRADAS Y 2 SALIDAS
NaOH-100 SOLUCION DE HIDROXIDO DE
SODIO AL 50
HCl-100 SOLUCION DE ACIDO CLORIHIDRICO
AL 21M
NOTAS
1 EL ARREGLO DEL SACADOR DE ASPERCIOacuteN
PARA DOS ENTRADAS ES NECESARIO SI SOLO
ES UN SOLO SECADOR
2 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS PESADO
3 BOMBA DE VACIO PARA FLUIDOS
DELICADOS
4 PRIMER REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESPROTEINIZACIOacuteN Y LA
DESMINERAIZACIOacuteN ASI COMO SUS
NEUTRALIZACIONES
5 SEGUNDO REACTOR SE LLEVA ACABO LA
DESACETILACIOacuteN Y SU NEUTRALIZACIOacuteN
6 GENERADOR DE NITROGENO GASEOSO
BASICO GENERA NITROGENO APARTIR DE LA
ATMOSFERA
7 TRITURADORA DE MANDIBULAS
GRANULOMETRIA INICIAL lt9MM Y
GRANULOMETRIA FINAL lt2MM
8 EMPACADORA SEMIAUTOMATICA DE
GRANULADOS
9 ALMACEN SE ENCUENTRA EN
CONDICIONES AMBIENTALES
PROCESO DE OBTENCION DE QUITOSANO (POLIMERO BIODEGRABLE)
YE
201
YC
201
M
003
FIT
100
FC
100FIT
101
LSH
200
KC
200
M
002
LSH
202
KC
202
M
004
FC
103
FIT
103
FIT
103A
FIT
103B
pHIT
210
pHC
210
FE
101
FV
102
FV
103
FV
101
FE
100
M
001
LSH
203
KC
503
M
006
FIT
106
FIT
106A
FIT
106B
pHT
211
pHC
211
M
005
PIT
140A
PIT
140
PC
140
FC
106
FV
117
PE
140
FV
100
FIT
107
FC
107FIT
107A
LSH
204
KC
204
M
007
FE
107A
FV
128
FV
127
FV
126
FE
107
FE
103A
FV
111
FV
109
FV
110
FE
103B
FE
106
FE
106A
FE
106B
FV
120
FV
121
FV
120
FV
112
FV
119A
FV
119B
VA
001
VA
002
PBO
002
PBC
002
HS
002 I HS
003
HS
004
HS
005
PBO
001
PBC
001
HS
001I
HS
007
HS
006
BC-100
TA-100
TR-100
RE-100
RE-200
TA-200
N-10
AL-100
EM-100
ACl-100
HCl-100
NaOH-100
HCl-200
NaOH-200
AD-200
ILO
001
ILC
001
ILO
001A
ILC
001A
ILO
002
ILC
002
ILO
002
ILC
002
PBO
003
PBC
003
I
ILO
003
ILC
003
ILO
003A
ILC
003A
PBO
004
PBC
004
I
ILO
004
ILC
004
ILO
004A
ILC
004A
PBO
005
PBC
005
I
ILO
005
ILC
005
ILO
005A
ILC
005A
PBO
006
PBC
006
I
ILO
006
ILC
006
ILO
006A
ILC
006A
PBO
007
PBC
007
I
ILO
007
ILC
007
ILO
007A
ILC
007A
FV
108
MBMA
MC
MD
FV
119
FV
125
NOTA 2
TT
200
TC
200
FIT
107
FIT
108
FC
107
SA-100
NOTA 3 NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 3
NOTA 4
NOTA 8 NOTA 9
NOTA 7
NOTA 5
NOTA 6
FV
114
FV
116
2-CM-100-A01
2-ACl-100-A02
2-AR-100-A03
2-
CM
-100-A
04
2-
CM
-100-A
05
2-
CM
-100-A
06
2-
CM
-100-A
07
2-NaOH-100-A08
2-HCl-100-A08
2-AR-100-A09
2-QT-100-A10
2-QT-100-A11
2-QS-100-A11A
2-
QT
-100-A
12
2-PR-100-A13
2-QT-100-A14
2-
QT
-100-A
14A
2-QT-100-A15
2-HCl-100-A16
2-NaOH-100-A16
2-N-100-A17
2-QS-100-A19
2-QS-100-A20
2-AR-100-A19
2-QS-100-A20
2-AD-100-A20
2-AR-100-A20
FV
115
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
76
44 LISTA DE INSTRUMENTACIOgraveN
No TAG DESCRIPCION LOCALIZACIOacuteN LINEA O EQUIPO SERVICIO Tipo de Sentildeales
ED SD EA SA
1 M-001 Motor de la banda cangilones Campo BC-100 -
2 HS-001 Selector del M-001 Campo - -
3 PBO-001 Botoacuten de arranque de M-001 Campo - -
4 PBC-001 Botoacuten de paro de M-001 Campo - -
5 ILO-001 Luz indicadora de arranque M-001 Campo - -
6 ILC-001 Luz indicadora de paro M-001 Campo - -
7 ILO-001A Luz indicadora de arranque M-001 SDMC - -
8 ILC-001A Luz indicadora de paro M-001 SDMC - -
9 FE-100 Sensor de flujo maacutesico Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100
10 FIT-100 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A01 - 1
11 FE-101 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100
12 FIT-101 Transmisor indicador de flujo Campo 2-ACl-100-A02 - 1
13 FC-100 Controlador de flujo SDMC - -
14 FV-100 Vaacutelvula rotatoria Campo 2-CM-100-A01 Camaroacuten a TA-100 1
15 FV-101 Vaacutelvula de globo Campo 2-ACl-100-A02 AguaCl2 a TA-100 1
16 LSH-120 Interruptor por alto nivel Campo TA-100 Agua en TA-100 1
17 KC-120 Controlador de tiempo SDMC - -
18 FV-102 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A03 AguaCl2 de TA-100 1
19 FV-103 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A04 Camaroacuten de TA-100 1
20 MA Motor del agitador de TA-100 Campo - -
21 M-002 Motor de la bomba de vacio Campo - -
22 HS-002 Selector del M-002 Campo - -
23 PBO-002 Botoacuten de arranque de M-002 Campo - -
24 PBC-002 Botoacuten de paro de M-002 Campo - -
25 ILO-002 Luz indicadora de arranque M-002 Campo - -
26 ILC-002 Luz indicadora de paro M-002 Campo - -
27 ILO-002A Luz indicadora de arranque M-002 SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
77
28 ILC-002A Luz indicadora de paro M-002 SDMC - -
29 YE-201 Sensor de presencia Campo TR-100 Camaroacuten en TR-100 1
30 YC-201 Controlador de prescencia Campo - -
31 M-003 Motor de la bomba de vacio Campo - -
32 HS-003 Selector del M-003 Campo - -
33 PBO-003 Botoacuten de arranque de M-003 Campo - -
34 PBC-003 Botoacuten de paro de M-003 Campo - -
35 ILO-003 Luz indicadora de arranque M-003 Campo - -
36 ILC-003 Luz indicadora de paro M-003 Campo - -
37 ILO-003A Luz indicadora de arranque M-003 SDMC - -
38 ILC-003A Luz indicadora de paro M-003 SDMC - -
39 FE-103 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100
40 FE-103A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100
41 FE-103B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100
42 FIT-103 Transmisor indicador de flujo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
43 FIT-103A Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
44 FIT-103B Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
45 FC-103 Controlador de flujo SDMC - -
46 pHIT-210 Transmisor indicador de pH Campo RE-100 pH en RE-100 1
47 pHC-210 Controlador de pH SDMC - -
48 FV-108 Vaacutelvula de globo Campo 2-CM-100-A07 Camaroacuten a RE-100 1
49 FV-109 Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A08 Reactivo de HCl-100 1
50 FV-110 Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A08 Reactivo de NaOH-100 1
51 LSH-121 Interruptor por alto nivel Campo RE-100 Solucioacuten en RE-100 1
52 KC-121 Controlador de tiempo SDMC - -
53 FV-111 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A09 Agua residual de RE-100 1
54 FV-112 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A10 Quitina de RE-100 1
55 MB Motor del agitador de RE-100 Campo - -
56 M-004 Motor de la bomba de vacio Campo - -
57 HS-004 Selector del M-004 Campo - -
58 PBO-004 Botoacuten de arranque de M-004 Campo - -
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59 PBC-004 Botoacuten de paro de M-004 Campo - -
60 ILO-004 Luz indicadora de arranque M-004 Campo - -
61 ILC-004 Luz indicadora de paro M-004 Campo - -
62 ILO-004A Luz indicadora de arranque M-004 SDMC - -
63 ILC-004A Luz indicadora de paro M-004 SDMC - -
64 FE-104 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100
65 FE-104A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-CM-100-A24 Quitosano a SA-100
66 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A11A Quitina a SA-100 1
67 FIT-108 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A11 Quitosano a SA-100 1
68 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
69 FV-114 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A11 Quitina a SA-100 1
70 FV-116 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A14A Quitosano de SA-100 1
71 M-005 Motor de la bomba de vacio Campo - -
72 HS-005 Selector del M-005 Campo - -
73 PBO-005 Botoacuten de arranque de M-005 Campo - -
74 PBC-005 Botoacuten de paro de M-005 SDMC - -
75 ILO-005 Luz indicadora de arranque M-005 Campo - -
76 ILC-005 Luz indicadora de paro M-005 Campo - -
77 ILO-005A Luz indicadora de arranque M-005 SDMC - -
78 ILC-005A Luz indicadora de paro M-005 SDMC - -
79 TT-200 Transmisor de temperatura Campo SA-100 Temperatura en SA-100 1
80 TC-200 Controlador de temperatura Campo - -
81 FV-115 Vaacutelvula de globo Campo SA-100 Vapor a SA-100 1
82 FE-106 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200
83 FE-106A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100
84 FE-106B Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100
85 FIT-106 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
86 FIT-106A Transmisor indicador de flujo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
87 FIT-106B Transmisor indicador de flujo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
88 FC-106 Controlador de flujo SDMC - -
89 pHIT-211 Transmisor indicador de pH Campo RE-200 1
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79
90 pHC-211 Controlador de pH SDMC - -
91 FV-119 Vaacutelvula de globo Campo 2-QT-100-A15 Quitina a RE-200 1
92 FV-119A Vaacutelvula de globo Campo 2-HCl-100-A16 Reactivo de HCl-100 1
93 FV-119B Vaacutelvula de globo Campo 2-NaOH-100-A16 Reactivo de NaOH-100 1
94 LSH-122 Interruptor por alto nivel Campo RE-200 Solucioacuten en RE-200 1
95 KC-122 Controlador de tiempo SDMC - -
96 FV-120 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A18 Agua residual de RE-200 1
97 FV-121 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A19 Quitosano de RE-200 1
98 MC Motor del agitador de RE-200 Campo - -
99 M-006 Motor de la bomba de vacio Campo - -
100 HS-006 Selector del M-006 Campo - -
101 PBO-006 Botoacuten de arranque de M-006 Campo - -
102 PBC-006 Botoacuten de paro de M-006 Campo - -
103 ILO-006 Luz indicadora de arranque M-006 Campo - -
104 ILC-006 Luz indicadora de paro M-006 Campo - -
105 ILO-006A Luz indicadora de arranque M-006 SDMC - -
106 ILC-006A Luz indicadora de paro M-006 SDMC - -
107 PE-140 Sensor de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100
108 PIT-140 Transmisor indicador de presioacuten Campo RE-200 Nitroacutegeno en Re-200 1
109 PIT-140A Transmisor indicador de presioacuten Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno de N-100 1
110 PC-140 Controlador de presioacuten SDMC - -
111 FV-122 Vaacutelvula de globo Campo 2-N-100-A17 Nitroacutegeno a RE-200 1
112 FE-107 Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200
113 FE-107A Sensor de flujo volumeacutetrico Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
114 FIT-107 Transmisor indicador de flujo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
115 FIT-107A Transmisor indicador de flujo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200
116 FC-107 Controlador de flujo SDMC - -
117 FV-125 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A20 Quitosano a TA-200 1
118 FV-126 Vaacutelvula de globo Campo 2-AD-100-A21 Agua destilada de AD-200 1
119 LSH-123 Interruptor por alto nivel Campo TA-200 Solucioacuten en TA-200 1
120 KC-123 Controlador de tiempo SDMC - -
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
80
121 FV-127 Vaacutelvula de globo Campo 2-AR-100-A22 Agua residual de TA-200 1
122 FV-128 Vaacutelvula de globo Campo 2-QS-100-A23 Quitosano de TA-200 1
123 MD Motor del agitador de TA-200 Campo - -
124 M-007 Motor de la bomba de vacio Campo - -
125 HS-007 Selector del M-007 Campo - -
126 PBO-007 Botoacuten de arranque de M-007 Campo - -
127 PBC-007 Botoacuten de paro de M-007 Campo - -
128 ILO-007 Luz indicadora de arranque M-007 Campo - -
129 ILC-007 Luz indicadora de paro M-007 Campo - -
130 ILO-007A Luz indicadora de arranque M-007 SDMC - -
131 ILC-007A Luz indicadora de paro M-007 SDMC - -
45 SELECCIOacuteN DEL PLC
PLC SIEMENS S7-200 CPU 224
Excelentes condiciones poco uso
Con Software SIMATIC 27-200
Caracteriacutesticas
8 ENTRADAS AnaloacutegicasDigitales AC
24 Salidas AnaloacutegicasDigitales
10 SALIDAS DE RELAY
Alimentacioacuten 120 a 240V
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
81
46 LAZOS DE CONTROL
Propuesta de la banda de cangilones
BANDA DE
CANGILONES
M
PBA
001
PBA
001
La banda transportadora no cuenta con un lazo de control ya
que como la planta piloto cuenta con solo un equipo de
tanques y reactores es necesario esperar a que termine el
proceso para volver a cargar materia prima por lo tanto no
necesario que la banda de cangilones sea automaacutetica Basta
con tener una estacioacuten de botones para encenderapagar el
motor de la banda
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
82
Propuesta para el tanque de lavado 1
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de camaroacuten respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 15 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A1
A2
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
83
Propuesta para el triturador de mandibulas
YE
503
YC
503
BOMBA
M
La etapa de control del triturador consta baacutesicamente de un
lazo de control on-off pues este no requiere de un control
complejo
A2
A3
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
84
Propuesta para el Reactor 1
S-357
1er REACTOR
VA-1
V110
YE
501
KC
501
UY UY
V109
BOMBA
M
V106
V108
V107
FC
103
FIT
103
IP
UY
R
FIT
103A
FIT
103B
NaOH
HCl
pHT
600
pHC
600
UY
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desproteinizado y
desmineralizado de igual forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de
activar diversas salidas simultaacuteneamente
A3
A4
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
85
Propuesta para el secador
TT
200
TC
200
SET
POINT
V111
IP
SECADOR POR ASPERSIOacuteN
VENTILADOR DE
ASPERSIOacuteN
FIT
107
FIT
108
FC
107
FC
108IPUY
UY
UY
Para el secador se proponen lazos de control simples debido
a que las variables a controlar no requieren de diversas
condiciones y estaacuten relacionadas directamente con una
variable manipulada Se propone de igual forma un lazo de
control distribuido para manipular las vaacutelvulas de entrada y
salida de producto
A4 A7
A5
Empaquetadora
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
86
Propuesta para el reactor 2
2do REACTOR
VA-2
V116
YE
502
KC
502
UY UY
V115
BOMBA
M
V112
V113
V114
FC
105
FIT
105
IP
UY
R
FIT
105A
FIT
105B
HCl
NaOH
pHT
601
pHC
601
UY
BOMBA
SALIDA 1
M
PIT
301
V117
P-214TANQUE
N2
PC
301
PIT
300
PC
300IP
FC-108B
Para el reactor se proponen lazos de control de relacioacuten ya que en esta etapa es
necesario conservar las cantidades necesarias de reactivos para el desacetilado de igual
forma se proponen lazos de control distribuido con el fin de activar diversas salidas
simultaacuteneamente En este tanque se propone un control en cascada para manipular la
presioacuten esta no debe ser mayor a una atmosfera
A5
A6
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
87
Propuesta para el lavado 2
LAVADO
E-1
V102
V104
V103
AGUA
V100
FIT
100
RFC
100FIT
100AIP
LSH
500
KC
500
UY UY
BOMBA
M
S-354
IP
UY
P-792
En este tanque se proponen dos estructuras de control se
propone el control de relacioacuten con el fin de dosificar la
cantidad de quitina respecto a la cantidad de agua entrante
se debe conservar una relacioacuten 14 Para la activacioacuten de dos
vaacutelvulas simultaacuteneamente es necesaria la aplicacioacuten de
control distribuido permitiendo activar dos salidas a la
vez
A6
A7
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
88
Capitulo IV
ldquoAnaacutelisis de costosrdquo
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
89
JUSTIFICACIOacuteN ECONOacuteMICA
Se muestra una lista detallada de los gastos que tendraacute el
proyecto para su ejecucioacuten Se desglosa en tres rubros
materiales mano de obra e inversiones en este uacuteltimo se
anexan los gastos de servicios
PRESUPUESO DE MATERIALES
Es la estimacioacuten que se hace en base a los materiales que se
requieren para el proyecto y el costo de los mismos A
continuacioacuten se presenta en la tabla 4 el costo de los
equipos
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
90
Tabla 4 Costo de Materiales
EQUIPO MODELO CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
PRECIO
Tanque 1 con
sistema de
agitacioacuten
1 $1298736 $1298736
Tanque 2 con
sistema de
agitacioacuten
1 $7000000 $7000000
Reactor 1
acero inox
1 $1000000 $1000000
Reactor 2
acero inox ADAIBRA 1 $2500000 $2500000
Secador por
aspersioacuten
1612 1 $133900000 $133900000
Refrigerador CRH-240 2 $1200000 $1200000
Banda tipo
cangilones B85E18 CORREA 1 $25000000 $25000000
Bomba 1 SERIE DBS 1 $835456 $835456
Bomba 2 Serie
SIHIISOchem
4 $744119 $744119
Trituradora
de mandiacutebulas
BB200 1 $31290300 $31290300
Empacadora 1 $16549000 $16549000
Vaacutelvula de
globo
THORSA 14 $44300 $620200
Vaacutelvula
rotatoria
1 $1725700 $1725700
Vaacutelvula macho SWAGELOK 17 $150000 $1050000
Vaacutelvula de
alivio
SWAGELOK 2 $35000 $70000
Generador
nitroacutegeno
NITROFLOW
BASIC WALL
MOBILE
1 $3900000 $3900000
PLC SIEMENS S7-200 CPU
224 1 $380000 $380000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
91
Tabla 5 Costos de Reactivos para el lavado
Condiciones generales del LAVADO INICIAL
Concentracioacuten
de Cl deseada
en el tanque
250 ppm
Concentracioacuten
del Cl
comercial
5 Precio Cl
comercial $1000 L
Cantidad de
camaroacuten a lavar 70 kg
Precio de
camaroacuten $2000 Kg
Relacioacuten
(SClCamaroacuten) 5
precio del
agua $200 m3
Voluacutemen de Cl
comercial
necesario
175 L Gasto en Cl
comercial $1750
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $1820
Tabla 6 Costos de Reactivos para el desproteinizado
Condiciones generales de DESPROTEINIZADO
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
10
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 Kg
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SNaOH
Camaroacuten) 30
precio del
agua $200 m3
Cantidad de
NaOH necesario 105 kg Gasto en NaOH $114450
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 1050 L Gasto en agua $3150
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $114660
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
92
Tabla 7 Costos de Reactivos para el desmineralizado
Condiciones generales de DESMINERALIZADO
Concentracioacuten
de HCl deseada
en el tanque
21 N
Pureza del HCl 35 Precio HCl $12400 L
Densidad del
HCl 08 kgL
Cantidad de
camaroacuten 35 kg
Relacioacuten (SHCl
Camaroacuten) 10
precio del
agua $200 m3
Cantidad de HCl
necesario 2041 L Gasto en HCl $253084
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 350 L Gasto en agua $1050
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $253154
Tabla 8 Costos de Reactivos para la desacetilzacioacuten
Condiciones generales de DESACETILACIOacuteN
Concentracioacuten
de NaOH deseada
en el tanque
50
Pureza del NaOH 90 Precio NaOH $10900 kg
Cantidad de
camaroacuten 175 kg
Relacioacuten
(SNaOH2
Camaroacuten)
4 precio del
agua $3000 m3
Cantidad de
NaOH necesario 5 Kg Gasto en NaOH $54500
ciclo de
produccioacuten
Voluacutemen de agua
aproximado 100 L Gasto en agua $300
ciclo de
produccioacuten
Gasto total
de operacioacuten $54800
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
93
Tabla 9 Costos de Reactivos para el lavado final
Condiciones generales del LAVADO FINAL
Cantidad de
camaroacuten a lavar 175 kg
Relacioacuten (agua
camaroacuten) 10
precio del
agua $10092 m3
Volumen
aproximado de
agua
100 L Gasto en agua $109
Gasto total
de operacioacuten $109
El costo de los reactivos por operacioacuten diaria es de
$424174
Mensualmente los gastos de operacioacuten son de $10180176
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
94
PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA
Es el esfuerzo fiacutesico o mental que se emplearaacute en el
desarrollo del proyecto Los costos de mano de obra pueden
dividirse en mano de obra directa e indirecta
Para este proyecto se considera solo el costo de mano de obra
directa puesto que se trata de un elemento que se involucraraacute
directamente desarrollo del mismo que podraacute asociarse con
facilidad a este La mano de obra representa ademaacutes un
importante costo en la elaboracioacuten del proyecto
No se considera la mano de obra indirecta puesto que no se
tendraacute personal que represente gastos indirectos y que no
esteacuten involucrados directamente con el proyecto
Para el caacutelculo de este rubro se presenta a continuacioacuten en
base a una lista de salarios Nacional
Numero de empleados 5
Numero de especialistas 5
Horas trabajadas 8 Hrs
TOTAL DE MANO DE OBRA = $50000000
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
95
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Para lograr un total del costo del proyecto se suman los
gastos totales de los presupuestos de materiales mano de
obra y costo de reactivos desglosados por rubro en la tabla
siguiente
TABLA 10 Costo total del Proyecto
CONCEPTO COSTO
Equipos $227552611
Reactivos $10180176
Mano de Obra $50000000
Dando un total de $2 87732787
En esta justificacioacuten econoacutemica no se incluyen caacutelculos de
utilidades asiacute como costos de ingenieriacutea
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
96
CONCLUSIONES
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
97
El proyecto tiene una capacidad de almacenamiento de media
tonelada de caacutescara de camaroacuten y una capacidad de produccioacuten
de 409kg de quitosano a la semana
Para la seleccioacuten del sitio se considero desde el punto de
vista ambiental teacutecnico y econoacutemico arrojando lo siguiente
Ambientalmente el proyecto se localizaraacute en la Riviera
Nayarit ya que es uno de los principales estados de la
repuacuteblica Mexicana con mayor produccioacuten de camaroacuten
Teacutecnica y econoacutemicamente el proyecto es factible puesto que
la operacioacuten de la misma es acorde con la necesidad de crear
productos que no dantildeen al medio ambiente (bolsas de
plaacutesticos tratamiento de aguas residuales abono alimento
para ganado) con la necesidad de hacer un producto que
ayuden a las personas (cremas rejuvenecedoras pastillas para
bajar de peso pastas dentales etc)
El criterio adoptado para determinar la produccioacuten de
quitosano se fundamenta en que las industrias de distintos
rubros utilizan este como materia prima en sus procesos de
fabricacioacuten de productos yo servicios (ver el tema La
quitina y su potencial industrial)
El trabajo presenta y propone el costo aproximado de la
inicializacioacuten de la planta piloto tomando en cuenta los
principales equipos para el desarrollo de la misma
Desarrolla de forma general el proceso de produccioacuten de la
planta piloto asiacute mismo de la automatizacioacuten y control del
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
98
proceso para reducir costos tiempo de produccioacuten logrando
establecer un estaacutendar de producto
Se toma en cuenta el establecimiento de las condiciones del
aislamiento de la quitina las proteiacutenas y los minerales
fueron eliminados con tratamientos alcalinos y aacutecidos
respectivamente
Se mencionan las diferentes aplicaciones del quitosano en los
distintos rubros de la industria y lo importante que es como
materia prima para el proceso de su producto o servicio
final
Hay tres motivos principales para la produccioacuten de quitosano
a nivel industrial
1 El quitosano es exportado y en la mayoriacutea de las
ocasiones su precio es elevado
2 El proceso de obtencioacuten de quitosano en Meacutexico es a
nivel laboratorio
3 Cada una de las reacciones se realizan por separado y se
utilizan varios recipientes
Por tal motivo se propone la realizacioacuten de la planta piloto
para la produccioacuten de quitosano Con base a lo anterior y las
mejoras futuras se proponen tres conclusiones para la misma
a Realizacioacuten de una maquina trituradora y empacadora que
seraacute instalada con el premiso de los capitanes en los
barcos pesqueros para que la materia prima llegue
triturada y empaquetado por lotes de 200kg Esto se veraacute
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
99
beneficiado en tiempo y costo dentro del pre tratamiento
de la materia prima
b Construir un solo equipo de transformacioacuten de la cascara
de camaroacuten a quitosano en el cual inicia con el lavado
de la cascara de camaroacuten ya triturada y continua el
proceso con las etapas desproteinizacioacuten primer
neutralizado desmineralizacioacuten segundo neutralizado
secado des acetilacioacuten y tercera neutralizacioacuten
Ventajas
Aumenta el espacio de trabajo
Reduce los costos de los equipos
Aumenta la cantidad de produccioacuten en un solo lote
Desventajas
Aumenta el tiempo de produccioacuten en un solo equipo
Aumentan las liacuteneas de produccioacuten
Se reduce el proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
100
El proyecto se centraliza en la produccioacuten de quitosano
abarcando las siguientes aacutereas
Cuarto de control
Acciones
Supervisar el proceso de produccioacuten de quitosano
Verificar por medio de interfaces que las cantidades de
quiacutemicos y materia prima sean las correctas
En caso de alguacuten acontecimiento fuera de lo normal
activar alarmas seguacuten sea la emergencia
Impacto identificado
Durante la etapa de control de produccioacuten se utilizaraacuten
interfaces que permitan observar el comportamiento del
proceso sin necesidad de ir a checar personalmente la
actividad que se esta llevando acabo Esto es una afecta
considerablemente la calidad del producto ya que como el
proceso es automaacutetico las cantidades procesos y
seguridad es exacta y confiable
Naturaleza del impacto
El impacto se calificoacute como importante ya que gran
parte del control de la produccioacuten permite la reduccioacuten
de costos y gastos para la obtencioacuten de quitosano asiacute
como tambieacuten reduce el riesgo de peligro en alguna de
las aacutereas de produccioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
101
Cuarto de pruebas
Acciones
Supervisar la calidad de quitina y quitosano
Supervisar el pH de cada etapa del proceso
Supervisar que el producto final tenga el contenido
bromatoloacutegica para un estaacutendar de calidad aceptable en
la mayoriacutea de las empresas
Impacto identificado
Con la ayuda de un laboratorio quiacutemico y los
instrumentos analiacuteticos de medicioacuten se cuidara la
calidad del producto en sus diferentes etapas de
produccioacuten
Naturaleza del impacto
El impacto del control de calidad es muy importante por
que dependiendo el sector industrial hacia el cual vaya
dirigido el quitosano la calidad del producto es
diferente
La supervisioacuten del mismo nos ayuda a mantener un
estaacutendar de calidad que nos permita entrar en la mayoriacutea
de las empresas (tratamiento de aguas salud
alimenticia medicina etc) sin necesidad de cambiar
las variables de nuestro proceso
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
102
Aacuterea de Produccioacuten
Acciones
Acondicionamiento de la cascara de camaroacuten
Transformacioacuten de la cascara de camaroacuten en quitina
Transformacioacuten de la quitina a quitosano
Acondicionamiento del quitosano
Empaquetado y almacenamiento del quitosano
Impacto identificado
En la produccioacuten del quitosano hay tres principales
etapas desproteinizacioacuten desmineralizacioacuten y
desacetilacioacuten (ver e tema Proceso de obtencioacuten de
quitosano) Como se observa en el diagrama de proceso se
utilizan dos reactores y una aacuterea de acondicionamiento
de la cascara de camaroacuten (lavado trituracioacuten y
transporte) asiacute como la etapa final (acondicionamiento
empaquetado y almacenado del quitosano)
Naturaleza del impacto
Es la parte medular de la empresa KITO se especializa
en la obtencioacuten de quitosano a traveacutes de la cascara de
camaroacuten tipo cafeacute que se obtiene de las costas de la
Riviera Nayarit
Este producto obtenido es la materia prima de las
industrias
Es un producto totalmente biodegradable y se obtiene de
desperdicios orgaacutenicos que se obtienen faacutecilmente de
esta manera se ayuda al medio ambiente
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
103
FUENTES DE
CONSULTA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
104
Bibliograacutefica
―Quitina y Quitosano Obtencioacuten caracterizacioacuten y
aplicaciones
Autor Ana Pastor de Abram
Editorial Pontificia Universidad Catoacutelica del PeruacuteFondo
Editorial 2004
Meacutetodos de extraccioacuten de quitina a partir de caacutescara de
camaroacuten
Autores Saavedra Araceli Pinelli Guilleacuten Alma Rosa
Toledo Brauer Ingrid Rebeca Esquerra Silva Alma Rosa
Luviano Ciapora Inocencio Higuera
―Guiacuteas empresariales Champuacutes Primera Edicioacuten
Autor Secretaria de Comercia y Fomento Industrial (SECOFI)
Editorial Limusa SA de CV
―Anaacutelisis instrumental
Autor Judith F Robinson
Editorial Pretince Hall
―Anaacutelisis instrumental
Autores Douglas A Skoog James J Leavy
Editorial McGraw Hill 4ordf edicioacuten
―Potabilizacioacuten del agua
Autor Jairo Alberto Romero Rojas
Editorial Alfaomega 3ordf edicioacuten
Arch latinoam nutr48(1)58-61 mar 1998 tab
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
105
Internet
QUITINA Y QUITOSANO
httpwwwinvdescommxanterioresNoviembre2000htmquitina
html
wwwsaberulaveavancesenquimica
httpwwwciadmxcontentview1731
MOL
httpencinapnticmeces~jsaf0002p42htm
INEGI
httpwwwinegiorgmxestcontenidosespanolrutinaseptas
pt=mamb147amps=estampc=7774
httpwwwinegiorgmxinegidefaultaspxs=estampc=6104
AacuteCIDOS Y BASES
httpwww2uahesedejesusresumenesIQItema_5pdf
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
106
Patentes
QUITINA Y QUITOSANO
Numero de
patente
Nombre de la
patente Titular Paiacutes Antildeo
6730327
Mezclas polimeacutericas que se
hinchan en ambientes aacutecidos y se
deshinchan en ambientes baacutesicos
MacromedInc EEUU 2004
6699287
Soporte deacutermico que usa una
matriz de quitosano pretratado a
una matriz compuesta de
quitosano pretratada
alcalinamente y colageno
pretratado alcalinamente
Korea
Atomic
Energy
Research
Institute
Corea 2004
6693180
Esponja compuesta para
recubrimiento de heridas a base
de beta quitina y quitosano y
meacutetodo para producirlo
China Textile
Institute Taiwan 2004
6649566
Formulaciones concentradas
estabilizadas para incrementar
las respuestas de defensa de
plantas
Morse
Enterprises
Limited Inc
EEUU 2003
6637437 Cultivo de celulas y constructor
polimeacutericos
Johns Hopkins
University
Chondros Inc
EEUU 2003
6589999
Formulaciones oftalmicas acuosas
antibacterianas con ofloxacina y
quitosano para solubilizar
ofloxacina suspendida en medio
acuoso
Laboratoire
Medidom SA Suiza 2003
6599888
Composiciones de sulfato de
condroitina y quitosano para el
tratamiento de desordenes
reumaacuteticos
Virbac Francia 2003
6482456 Metodo para producir una bebida
baja en acido
Suntory
Limited Japoacuten 2002
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
107
ANEXOS
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
108
TABLA A PRODUCCIOacuteN Y ACTIVIDAD PESQUERA EN MEacuteXICO POR LITORAL 1990 A 2006 (INEGI)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
109
TABLA B1 y B2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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TABLA C1 y C2 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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TABLA D1 D2 D3 y D4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
112
TABLA E1 E2 E3 y E4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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TABLA F1 F2 F3 y F4 ANUARIO ESTADISTICO DE PESCA
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Tabla G Aacutecidos y bases conjugadas
Tabla H Aacutecidos y bases usuales en disoluciones acuosas
Ka = constante de ionizacioacuten
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Normas Oficiales Mexicanas
NOM-027-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Pescados frescos-refrigerados y congelados Especificaciones
Sanitarias
NOM-028-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la pesca
Pescado en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-029-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-030-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Crustaacuteceos en conserva Especificaciones sanitarias
NOM-031-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos frescos-refrigerados y congelados
Especificaciones sanitarias
NOM-032-SSA1-1993 Bienes y Servicios Productos de la Pesca
Moluscos bivalvos en conserva Especificaciones sanitarias
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Para fines de esta norma se entiende por
Aditivo para alimentos aquella sustancia que se
adiciona directamente a los alimentos o bebidas durante
su elaboracioacuten para proporcionar o intensificar aroma
color o sabor para mejorar su estabilidad o para su
conservacioacuten
Biotoxinas marinas son los compuestos venenosos
producidos por dinoflagelados y diatomeas que son
acumulados en los organismos que se alimentan de estos
protozoarios
Comercializacioacuten seraacute referida tanto a la nacional como
a las importaciones y exportaciones
Importador persona fiacutesica o moral o su representante
legal en Meacutexico responsable de asegurar que los
productos introducidos al paiacutes y sujetos a
comercializacioacuten cumplen con los requisitos que exige la
legislacioacuten aplicable vigente
Instrumentos de control del proceso instrumento que
puede ser usado para el monitoreo de un punto criacutetico
Liacutemite criacutetico es aquel valor maacuteximo o miacutenimo de un
paraacutemetro quiacutemico bioloacutegico o fiacutesico que debe ser
controlado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Lote cantidad de un producto elaborado por una planta
industrial en un solo proceso con el equipo y
sustancias requeridas en un mismo lapso para garantizar
su homogeneidad
Molusco bivalvo organismo acuaacutetico comestible que
proviene de agua dulce salobre o salada de cuerpo
blando y cubierto por una concha compuesta
invariablemente por dos valvas el cual se alimenta por
filtracioacuten
Nuacutemero de certificacioacuten es una combinacioacuten uacutenica de
nuacutemeros y letras asignadas a un procesador de productos
de la pesca por la Secretariacutea de Salud
Paraacutesito organismo que vive a expensas de los jugos y
sustancias componentes de otro organismo provocaacutendole
dantildeo
Procesador cualquier persona fiacutesica o moral dedicada al
proceso comercial o institucional de productos de la
pesca tanto en el paiacutes como en un paiacutes extranjero se
incluye a aquellos involucrados en el desarrollo de
nuevos productos o pruebas piloto
Proceso es el manejo preparacioacuten descabezado
eviscerado desconchado congelado
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
118
NORMAS ISA
Introduccioacuten a la instrumentacioacuten Industrial historia
definicioacuten de la instrumentacioacuten Industrial como ciencia
Objetivos y funciones baacutesicas de la instrumentacioacuten
industrial variables Terminologiacutea siacutembolos y notacioacuten
empleados en instrumentacioacuten industrial normas ISA-SS ISA-
SSI1 IAS-5-511
Alarma tablero de control cuarto de control elemento
primario de medicioacuten transmisor controlador manual y
automaacutetico elemento final de control vaacutelvula de control
valor deseado convertidor medicioacuten luz piloto relevador
interruptor circuito funcioacuten proceso transductor
receptor registrador indicador
Suministro de aire electricidad y aceite como fuente motriz
de instrumentos neumaacuteticos eleacutectricos y electroacutenicos e
hidraacuteulicos
Sus caracteriacutesticas sistemas de suministro confiable y su
distribucioacuten Clasificacioacuten de aacutereas Normas ISA-S73 ISA-
S74 API-Rp-500-C ISA-RPI21 ISA-S124 ISA-Rp-126 ISA-
S1210 ISA-S1222 Interpretacioacuten y objetivo dentro de un
proyecto de los diagramas de un proceso
Diagramas mecaacutenicos Diagramas de lazos (de alambrados o
conexioacuten de instrumentos hojas de sumarios de instrumentos y
Hojas de especificaciones norma ISA-S20
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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Especificaciones para las vaacutelvulas de bola
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL
PROCEDIMIENTO para la evaluacioacuten de la conformidad de la
Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del
trabajo-Seguridad en los procesos de sustancias quiacutemicas
1 Objetivo
Definir los criterios de verificacioacuten para la NOM-028-STPS-
2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas con el fin de que los involucrados en el
proceso de verificacioacuten lo apliquen de forma homogeacutenea
2 Referencias
NOM-028-STPS-2004 Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
3 Definiciones
I Evidencia objetiva La informacioacuten que puede ser probada
como verdadera basada en hechos obtenidos por medio de
observacioacuten medicioacuten u otros medios
II Inventario promedio Las existencias promedio de las
sustancias durante un periodo de un antildeo en relacioacuten a lo
establecido en el Apeacutendice A de la Norma Oficial Mexicana
NOM-028-STPS-2004Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los
procesos de sustancias quiacutemicas
III NOM Norma Oficial Mexicana
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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IV Procedimiento para la evaluacioacuten de la conformidad (PEC)
La metodologiacutea establecida para realizar la evaluacioacuten de la
conformidad de la NOM-028-STPS-2004
V Unidad de verificacioacuten (UV) Persona fiacutesica o moral
acreditada y aprobada para llevar a cabo la verificacioacuten del
cumplimiento con la NOM-028-STPS-2004
4 Fases para la vigilancia
I El PEC de la Norma Oficial Mexicana NOM-028-STPS-2004
Organizacioacuten del trabajo-Seguridad en los procesos de
sustancias quiacutemicas seraacute aplicado para su inspeccioacuten o
verificacioacuten en su primera etapa en sus apartados 54
inciso a) Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de riesgo excepto 81 54
inciso b) Capiacutetulo 15 Capacitacioacuten y adiestramiento 54
inciso c) Capiacutetulo 16 Auditoriacuteas internas 55 inciso
a) Capiacutetulo 10 Investigacioacuten de accidentes 55 inciso b)
Capiacutetulo 11 Trabajos peligrosos y 55 inciso c) Capiacutetulo
14 Contratistas excepto 55 inciso d)
II A partir del 14 de enero de 2009 se verificaraacuten todos
los apartados y capiacutetulos de la NOM-028- STPS-2004
III Las unidades de verificacioacuten podraacuten verificar el
cumplimiento de la NOM-028-STPS-2004 con base en lo
establecido en los apartados 52 a 55
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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5 Criterios para la aplicacioacuten del Apeacutendice A Relacioacuten de
sustancias quiacutemicas
I Al menos una sustancia esteacute presente o disponible en
cantidad igual o mayor a lo establecido en el Apeacutendice A de
la NOM-028-STPS-2004
II La sustancia esteacute presente o disponible con
caracteriacutestica pura o grado comercial
III Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible en el inicio del proceso En el inventario
promedio se debe considerar la sustancia contenida en el
equipo criacutetico (recipiente de almacenamiento de materia prima
y la tuberiacutea de transporte hasta el equipo en donde conserva
sus caracteriacutesticas)
Nota El inventario promedio se calcularaacute sumando a las
existencias del 1 de enero de un antildeo todas las cantidades de
sustancias recibidas hasta el 31 de diciembre de ese mismo
antildeo y se dividiraacute la cantidad total entre el nuacutemero de
entregas durante el antildeo
IV Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible durante el proceso u operacioacuten En el inventario
promedio debe considerarse la sustancia contenida tomando la
capacidad del tren de equipos criacuteticos (el recipiente de
almacenamiento la tuberiacutea de transporte los equipos de
proceso hasta el uacuteltimo equipo donde se conserven las
caracteriacutesticas de la sustancia)
Propuesta de automatizacioacuten y control para un proceso
de elaboracioacuten de un poliacutemero biodegradable ―quitosano
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V Cuando la cantidad de la sustancia esteacute presente o
disponible al final del proceso En el inventario promedio
debe considerarse la sustancia contenida en el equipo criacutetico
(la tuberiacutea de transporte y el almacenamiento de producto
terminado en donde conserva sus caracteriacutesticas la
sustancia)
6 Excepciones
I Cuando en el inventario promedio de la sustancia del
equipo criacutetico no se rebase la cantidad establecida en el
Apeacutendice A de la NOM-028-STPS-2004
II Cuando en los inventarios segregados o dispersos no
esteacuten interconectados aunque rebase la cantidad de reporte
Nota La interconexioacuten de inventarios se refiere a que el
fluido se puede comunicar entre los contenedores a traveacutes de
un dispositivo de transporte (ductos tuberiacuteas mangueras
entre otros)
