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1 Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo de Fin de Grado Ingeniería de Organización Industrial Ingeniería básica de una planta de producción de pinturas ecológicas Autor: Federico Forero Pérez Tutor: Manuel Campoy Naranjo Dpto. Ingeniería Química y Ambiental Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 2 3 Trabajo Fin de Grado Ingeniería de Organización Industrial Ingeniería básica de una planta de producción de pinturas ecológicas Autor: Federico Forero Pérez Tutor: Manuel Campoy Naranjo Profesor titular Dpto. Ingeniería Química y Ambiental Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 4 Agradecimientos A mi familia y a mis amigos, que siempre confiaron en mí. A los docentes por apoyarnos durante este camino tan duro. 5 Resumen Este proyecto se desarrollará la ingeniería básica de una planta de producción de pinturas ecológicas con una capacidad de 600 m3/año de pinturas. Se comenzará analizando la motivación de este proyecto desde un punto de vista comercial y medioambiental. Para ello se hará una pequeña introducción de cuáles son las pinturas para elegir, se tomará como referencia una y se empezará a diseñar tecnológicamente esta, de tal manera que seguimos todo el proceso de producción desde la materia prima hasta su envasado. Mediante la representación de diagramas de flujos se verán los distintos procesos de toda la cadena productiva y se describirá el sistema de fabricación, Finalmente, se realizará un estudio de presupuesto necesario para la instalación, incluyendo el cálculo de los costes asociados a la Ingeniería Básica. 6 Abstract In this proyect it´s going to be develped a basic engieenring of production of ecological paints with a capacity of 600 m3 per year. The begin will be the analize of the motivation´s proyect from a commercial and enviromental point of view. For this, it will be a small introduction of which are the paints to choose and which one will be taken as a reference and it will be the one that it´s going to be technologically designed. It will be followed the entire production process from the raw material to its packaging. Through the representation by flow diagrams, the different processes of the entire production chain will be showed and the manufacturing system will be described. Finally, a necessary Budget study will be carried out for the installation, including the calculation of the costs associated wiht basic engineering. 7 Índice Agradecimientos 4 Resumen 5 Abstract 6 Índice 7 Índice de Tablas 8 Índice de Figuras 9 1.INTRODUCCIÓN 10 1.1 Objetivo y alcance 10 1.2 Motivación del proyecto 11 1.3 Ubicación 14 1.4 Características generales 16 1.5 Herramientas y propiedades 20 2.MEMORIA DESCRIPTIVA 23 2.1 Recepción y pesado de materias primas 24 2.2 Inspección de materias primas 28 2.3 Dispersión 29 2.4 Molienda 31 2.5 Completación 33 2.6 Ajuste de viscosidad 33 2.7 Envasado 34 3.MEMORIA DE CALCULO 37 3.1 Recepción y pesaje de materias primas 40 3.2 Inspección de la materia prima 41 3.3 Dispersión 41 3.4 Molienda 43 3.5 Completación y ajuste de viscosidad 44 3.6 Envasado 46 4.MEDICIONES Y PRESUPUESTO 47 4.1 Materias primas básicas e instalaciones 48 4.1.1 Recuros 48 4.1.2 Instalciones 48 4.2. Pesaje y pretratados de materiales 49 4.3 Depósitos y bombas 50 4.4 Maquinaria industrial 51 4.5 Personal 52 5.HOJA DE EQUIPOS 54 Referencias 62 8 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Empresas en importancia de facturación 12 Tabla 2. Las 10 empresas de pinturas en Facturación 14 Tabla 3. Condiciones climatológicas 15 Tabla 4. Proveedores de arcilla 25 Tabla 5. Parámetros de viscosidad 34 Tabla 6. Tabla producción de arcilla 40 Tabla 7. Tabla de proceso de dispersión 42 Tabla 8. Tiempo transporte de materia entre procesos 43 Tabla 9. Tiempo de procesamiento por lote del molino de bolas 44 Tabla 10. Tabla de envasado por lotes 46 9 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Principales empresas mundiales de pintura 13 Figura 2. Pintuas ecológicas 16 Figura 3. Pinturas convencionales 17 Figura 4. Infomación del Gobierno de España 19 Figura 5. Esquema de fabriación de pinturas 21 Figura 6. Proceso de producción de pinturas ecológicas 22 Figura 7. Descarga de materia prima 26 Figura 8. Ejemplo de almacén de pintura 26 Figura 9. Balanza de materia prima 27 Figura 10. Cuba de pesaje 27 Figura 11. Carretilla hidráulica 28 Figura 12. Depósito de dispersión 30 Figura 13. Máquina de dispersión 30 Figura 14. Esquema de dispersión 31 Figura 15. Molino de bolas 32 Figura 16. Funcionamiento interno de molino de bolas 32 Figura 17. Depósito de dispersión. 33 Figura 18. Viscosímetro Airless 34 Figura 19. Máquina envasadora 35 Figura 20. Envase distribución pintura 35 Figura 21. Cinta transportadora 35 Figura 22. Esquema descarga de camiones 40 Figura 23. Esquema cubas transportadora 41 Figura 24. Esquema de depósito de dispersión 41 Figura 25. Características del depósito de dispersión 42 Figura 26. Especificaciones máquina dispersora 42 Figura 27. Bomba transportadora 43 Figura 28. Caudal de bomba 43 Figura 29. Esquema molino de bolas 44 Figura 30. Caracterísitcas del molino de bolas 44 Figura 31. Deposito con agitador 45 Figura 32. Características del depósito con agitador 45 Figura 33. Envasado de pintura 46 10 1.INTRODUCCIÓN El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es la realización de una Ingeniería Básica para una planta de producción de pinturas ecológicas con una capacidad anual de 600 m3. Se incluirá el proceso desde la adquisición de las materias primas hasta el envasado del producto final para su posterior venta al por mayor. En este caso en concreto por motivos geográficos de obtención de la materia prima, entre otros y teniendo en cuenta que podría ser por ejemplo la cal viva también, se focalizará la planta en la producción de pintura de arcilla. Los principales motivos de la elección de este material son la localización de nuestra fabrica y a la fácil accesibilidad de este producto en España, aparte claro está que no es un producto muy difícil de tratar en comparación con otros que podemos encontrar en el mercado de productos ecológicos actualmente en España. Durante este proyecto veremos el lugar de procedencia de las materias primas, desde la ya mencionada antes arcilla (la cual será arcilla pretratada para aplicar a la fórmula), hasta los demás productos mezcladores, estabilizantes…etc. Los productos que se usan durante el proceso serán de procedencia ecológica o aptos para ser considerados de tal manera según las certificaciones existentes. Durante la realización de los procesos se tendrá que considerar la contaminación producida por los procesos de fabricación. 1.1 Objetivo y alcance El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es la realización de una Ingeniería Básica para una planta de producción de pinturas ecológicas con una capacidad anual de 600 m3. Se incluirá el proceso desde la adquisición de las materias primas hasta el envasado del producto final para su posterior venta al por mayor. En este caso en concreto por motivos geográficos de obtención de la materia prima, entre otros y teniendo en cuenta que podría ser por ejemplo la cal vivatambién, se focalizará la planta en la producción de pintura de arcilla. Los principales motivos de la elección de este material son la localización de la fábrica y a la fácil accesibilidad de este producto en España, aparte claro está que no es un producto muy difícil de tratar en comparación con otros que se pueden encontrar en el mercado de productos ecológicos actualmente en España. El alcance de este proyecto procedencia de las materias primas, desde la ya mencionada antes arcilla (la cual será arcilla pretratada para aplicar a la fórmula), hasta los demás productos mezcladores, estabilizantes…etc. Los productos que se usan durante el proceso serán de procedencia ecológica o aptos para ser considerados de tal manera según las certificaciones existentes. 11 1.2 Motivación del Proyecto En este apartado se definen uno de los puntos más importantes, la motivo por el cual se va a llevar a cabo el realizar una fábrica de pinturas y la motivación de que sean ecológicas. En estos últimos años debido a distintas causas medioambientales se tiene una situación complicada en el planeta, siendo tanto así que la temperatura y las condiciones ambientales se están convirtiendo en extremas con el paso del tiempo. Este motivo ha hecho que el ser humano busque una serie de alternativas a seguir contribuyendo a este proceso de destrucción de las condiciones admisibles de la Tierra. Esto en el mercado tiene mucho valor, aparte de la utilidad real, las marcas con la certificación ecológica se encuentran en el mismo con un valor añadido con respecto a una empresa contaminante. Debido a este tipo de productos, muchas empresas han decidido incluir en su gama de productos e intentar transformar los ya existentes en productos ecológicos, y la pintura es uno de ellos. Como se irá comentando durante el proyecto, mediante comparaciones y comprobaciones, la pintura clásica incluye en su composición una serie de productos contaminantes, tóxicos y, en general, perjudiciales para el medio ambiente durante su producción Existen compuestos presentes como el acetato de tolueno y el acetato de etilo. Afectando respectivamente al sistema nervioso en algunos casos y produciendo pérdida de conciencia. Se analizará el mercado de pinturas en los últimos años para ver cómo podemos introducirnos y ver las empresas competidoras. En este último año por circunstancias externas al propio mercado de pinturas, se ha retrocedido en la facturación por primera vez en 7 años como indica el artículo de Interempresas [1], lo que indica que es un mercado con cierta estabilidad con respecto a otros. El principal motivo de la desaceleración en este mercado probablemente sea la reducción de todos los trabajos considerados no básicos en los que se usa, como puede ser la construcción de edificios nuevos. Sin embargo, durante todo el periodo de coronavirus del último año se han seguido realizando tareas de mantenimiento en determinados sitios, por lo que da cierta estabilidad en el mercado de ventas. Cómo la idea principal es darle cierta proyección se analizarán en el mercado los últimos años de pintura general. En enero de 2019 existían en España alrededor de 385 empresas dedicadas a la fabricación de pinturas, barnices y revestimientos. De estas empresas el 47 % de la cuota de mercado están concentradas en las 10 primeras empresas, según un estudio de la página El Economista [2] Indagando un poco más en el mercado internacional de pinturas tendríamos como referencia las empresas de pinturas mostradas en la Tabla 1, cuya facturación estaría incluida también en el estudio pertinente por la lista Forbes [3]. 12 Tabla 1. Empresas en importancia de facturación Nombre País Facturación (millones dólares) Akzo Nobel Holanda 13.000 PPG E.E.U.U 12.000 Henkel Alemania 11.000 Sherwin-Williams E.E.U.U 9.000 Axalta E.E.U.U 4.000 RPM E.E.U.U 4.000 Valspar E.E.U.U 4.000 BASF Alemania 3.000 Kansai Japón 3.000 Sika Suiza 3.000 3M E.E.U.U 2.000 Nippon Japón 2.000 Asian Paints India 2.000 H.B Fuller E.E.U.U 2.000 Jotun Noruega 1.000 Masco E.E.U.U 1.000 Hempel Dinamarca 1.000 Comex México 1.000 Daw Alemania 1.000 Materis Francia 1.000 Tras dar los datos de manera más específica, en la Figura 1 se muestra la comparativa entre la acumulación de mercado anteriormente mencionada. 13 Figura 1. Principales empresas mundiales de pintura Estos son los datos aportados por la Forbes, acerca de la producción de pinturas en todo el mundo. Se puede observar que gran parte del mercado lo concentra Estados Unidos y Europa, situándose en la cola de producción países sudamericanos y asiáticos. Este estudio está realizado en el año 2013, por lo tanto, aunque sea lejano en el tiempo sirve para ver la referencia de las empresas importantes que encuentran el mercado actualmente y ver también que los números de la facturación indican que es estable y que tiene incluso cierta tendencia al alza. El proyecto estará más enfocado en el nacional y la información está obtenida de un estudio expuesto en El Economista [2]. Como en un principio se comenzará la empresa en España, se considera necesario también el estudio del mercado. En los últimos 20 años la facturación de empresas de pinturas en España creció exponencialmente, debido a la creación de la ya conocida como burbuja inmobiliaria, en la cual se produjo una sobreproducción de construcciones de viviendas y demás estructuras urbanas. Evidentemente cuando esta burbuja estalló, la facturación de pintura bajaría, pero no desaparecería pues al ser un mantenimiento necesario y asumido de una vivienda, se vendería menos y con menos margen, pero se podría sostener un negocio de pinturas, aparte de con la venta al por menor y con la venta de pintura para mobiliario comunitario o urbano. A continuación, se mostrará en la Tabla 2 como las empresas que más facturan en España no son precisamente de facturación media/ baja, aunque no se dediquen exclusivamente a la venta de pinturas ecológicas: 14 Tabla 2. Las 10 empresas de pinturas en Facturación Posición en el sector Nombre Facturación € Provincia 1 Younexa Spain SL. 262.400.000 Castellón 2 Torrecid S.A 175.334.845 Castellón 3 Sun Chemical S.A 167.848.744 Madrid 4 Colorobbia España S.A 160.696.770 Castellón 5 Omya Clariana S.L.U 109.497.000 Zaragoza 6 Akzo Nobel Car Refinishes 108.384.400 Barcelona 7 Esmalglass S.A 102.400.000 Castellón 8 Akzo Nobel Packaging Coatings S.A 96.093.855 Barcelona 9 Akzo Nobel Industrial Paints S.L 95.026.458 Barcelona 10 Industrias Titan S.A.U 92.111.000 Barcelona 1.3 Ubicación En el apartado de la ubicación se deben tener en cuenta una serie de factores que, en mayor o menor medida, serán decisivos a la hora de tomar la decisión de instalar la fábrica en un lugar o en otro. A continuación, se describen los siguientes puntos importantes a la hora de tener en cuenta la localización: • Localización: una localización central suele ser idóneo siempre y cuando la distribución sea homogénea y las cargas de distribución de la logística lo sean también, es decir, si el proyecto es homogéneo, las instalaciones tendrían que estar lo más centrales posibles. En este caso se va a producir solo hasta el envasado y almacenamiento preventa, por lo tanto, aunque no sean un factor determinante para la empresa directamente, si lo será para los potenciales clientes, los cuáles muchas veces por accesibilidad, podría decidirse por elegir nuestro producto. • Instalación: para la producción se necesitarán unas instalaciones de agua y luz adecuadas Esto hace que los recursos básicos necesarios tengan que estar accesibles de una manera segura y con fácil solución ante cualquier tipo de adversidad, puesto que una parada en la fabricación puede influir muy negativamente para la planta.• Accesibilidad: Es importante tener unas condiciones de accesibilidad, tanto para empleados como para la recepción de materias primas. • Condiciones naturales: aunque la producción sea de pinturas ecológicas y como objeto de la marca será también esa certificación intentar contaminar lo menos posible, es cierto que se generan una serie de recursos biodegradables o que generen un impacto breve. Se deberá de prevenir con un tratamiento de residuos adecuados. En este contexto de organizar la ubicación de la instalación, se deberá tener en cuenta un factor muy importante, que es el permiso de las autoridades del lugar en el que queremos realizar la instalación. Sin esto no se podría plantear elegir un lugar donde instalar la planta. 15 Especificando un poco más acerca de las instalaciones, se podría hacer una estimación de cómo deberían de ser las instalaciones. • Nave industrial: de aproximadamente 400-500 m2. Con la siguiente distribución: • Administración, área de relajación, zona de análisis y cuartos de baño. • Almacenamiento: donde se almacenarán materiales acabados y materias primas. • Área de Fabricación. Todas estas zonas deberán cumplir con la normativa pertinente de este tipo de instalaciones y, de manera evidente, tendrán que estar correctamente aprovisionada. La dirección exacta en donde se instalaría sería en el polígono industrial Carretera de Palma del Rio, en Córdoba. Por los siguientes factores a tener en cuenta: ● Se encuentra en Córdoba, lo que hace que esté localizado en el centro norte de Andalucía y a escasas horas de la capital de España. ● Uno de los factores más importantes es la climatología, puesto que al buscar los datos de temperatura y de humedad anual se obtienen los siguientes datos: Tabla 3. Condiciones climatológicas Aunque se puede observar que en ciertos periodos se sobrepasan los límites necesarios para el mantenimiento de nuestra materia prima, son de fácil corrección, además tendremos en cuenta que podemos modificarlos con calefactores y con humidificadores cuando sea necesario, puesto que no son materiales muy caros. Las características ideales para mantener la materia prima en buen estado son 20 º y 65 % de humedad. Si no se conserva adecuadamente se puede producir un endurecimiento o aglutinamiento. 16 1.4 Características generales Este apartado es bastante importante a la hora de tratar en esta clase de industrias debido a que, al tratar con materiales químicos, se necesitan tener muy claro cuáles son los componentes principales de cada una de las sustancias que van a intervenir y a interactuar entre sí. Hay dos grandes diferenciaciones que se van a hacer que serán entre pinturas ecológicas y no ecológicas, cambiando entre sí básicamente en su tratamiento y el uso de materiales no contaminantes. De esta manera se va a comenzar por describir cuales son los tipos de pinturas que se encuentran actualmente en el mercado de manera más generalizada de ambos tipos y a hacer comparaciones entre ellas, la información está obtenida de una comparativa ofrecida por el establecimiento Leroy Merlin [4]. Para comenzar haremos un gráfico para verlo de una manera más clara de las pinturas consideradas ecológicas, mostrada en la Figura 2 y cuáles son las convencionales (Figura 3): Figura 2. Pinturas ecológicas Estas serían algunas de las pinturas más comunes que se pueden encontrar en el mercado actualmente. Como se puede ver tenemos tres grandes grupos de pinturas actualmente comercializables, a continuación, se describen de manera breve y se focalizarán en los tipos de pintura minerales, puesto que las otras no serán necesarias en el proceso: • Minerales: su composición principal sería en la base sería de materiales minerales. A su vez este se divide en los siguientes tipos. • Pinturas a base de silicatos: se obtienen mediante un proceso de fundición de vidrio reciclado, son muy resistentes, impermeables y transpirables. • Pinturas a base de cal: se produce mediante una mezcla de cal hidráulica y aditivos de origen natural. Su punto fuerte es una gran capacidad antiséptica, anti-bacterias y antihongos. 17 • Pinturas a base de arcilla: esta será la pintura que se usará, tiene una tonalidad marrón debido a que la arcilla que se usa es arcilla, se realiza mediante la mezcla de agua y arcilla con demás componentes como aglutinantes, resinas, disolventes. A continuación, unos ejemplos de los tipos de pinturas convencionales más comunes Figura 3. Pinturas convencionales De este tipo de pinturas no se comentarán sus distintas características, puesto que se centrarán en las pinturas ecológicas y se describirán mediante la comparación de características. Simplemente se mencionan para ver los distintos tipos de pintura actualmente existentes en el mercado. Tras hacer una búsqueda intensiva para realizar una comparación lo más amplia posible, describiremos las ventajas y los inconvenientes de las pinturas ecológicas: VENTAJAS • No tienen una elevada cantidad de elementos volátiles, conocidos también como COVs: al ser productos naturales, no generan están sustancias nocivas, más allá de las que son de origen natural. No siendo perjudiciales para la salud y más específicamente para personas con problemas respiratorios. La cantidad normal que tiene la pintura convencional es alrededor de 30 g/l, mientras que la pintura ecológica tiene no más de 5 g/l. • No tienen entre sus compuestos metales pesados, ni otros que puedan provocar enfermedades derivadas de su uso, como por ejemplo el cáncer. 18 • Generalmente se intenta usar la menor cantidad de recursos naturales y producir los menores residuos, pero muchas veces es complicado debido a que su uso es básico para la producción si no podemos recurrir a otros procesados. • No prenden con facilidad, esta propiedad también conocida como Ignifugidad. Para procesos industriales es muy útil debido a que es un sitio más propenso por la actividad que se realiza, aunque en hogares y otros lugares también pueden estar presentes. • Son transpirables, por lo tanto, se evita la proliferación de hongos y bacterias, la aparición de humedades y de descascarille. • Esta última característica hace que se vida útil se alargue de manera significativa. Aunque evidentemente necesita también unos tratamientos puntuales. • Al ser el agua el principal disolvente, son pinturas inoloras. Evitándose ese característico olor a pintura industrial molesto. INCONVENIENTES ● Se pueden incluir en las materias primas necesarias productos alérgenos, haciendo que personas con debilidades a ciertos tipos de sustancias estén expuesto a un riesgo de salud bastante importante. ● En el caso particular de la cal, el polvo de cal caliza es bastante perjudicial cuando se introduce dentro de los ojos, produciendo picores e irritación. Para este tipo de productos es importante tener un buen EPI. ● Una gama de colores bastante limitada: para nuestro caso en concreto con la pintura de arcilla, no se usarán pigmentos de colores puesto que comercializamos la pintura con un solo color marrón arcilla. Como pasa con la cal, que tiene ese característico color blanco en los pueblos andaluces generalmente, no es un inconveniente porque es una característica, pero si se aumentaran los tipos de colores podría abrirse mucho mercado en comparación con la pintura convencional. ● El tiempo de secado es un poco más elevado que en las pinturas convencionales. Esto es porque no contienen ningún tipo de catalizadores artificiales que hagan que el secado se acelere durante el proceso. No es una desventaja muy importante puesto que una pintura convencional tarda en secarse sobre 6 horas y la ecológica tarda sobre unas 12 horas, entre imprimacionesde capas. La arcilla será el producto principal de la producción a continuación se describirán sus principales características mediante la ficha técnica de un producto ya existente de Kreidezeit [3]: • Textura ligeramente rugosa. • Prácticamente inodoro. • Antiestático. 19 • Altamente transpirable. • Fácil de usar, las superficies se pueden estructurar fácilmente. • Excelente cobertura, mate. • Aplicable muchas veces. • No contiene antidegradantes. Como se ha mencionado antes, las pinturas convencionales tienen en su composición las partículas llamadas COV (Compuestos Orgánicos Volátiles) cuya procedencia son los productos sintéticos, petrolíferos, químicos y también de metales pesados, que se suelen liberar al medio de manera gaseosa y que es muy perjudicial para el medio que nos rodea y para nuestra salud. A continuación, se va a exponer que las leyes se están volviendo más restrictivas con la generación de este compuesto, puesto que son muy nocivas para la capa de ozono y para la atmosfera, como ejemplo pondremos la Normativa Europea 200/42/CE, de abril de 2004. En España tenemos un Real Decreto que regula las emisiones de COVs, el RD 117/2003 y más en concreto tenemos el RD 227/2006 en el que se habla del entorno y de la pintura como principal generador de COVs lo que hace que se limite la cantidad incluida en la composición de la pintura. Para regular todo el tema legislativo se deberá señalar correctamente en el etiquetado. Se puede observar que es un tema de candente actualidad y para saber acerca más de este tema legislativo, se puede la información anteriormente mencionada en la página web del Gobierno de España [12]. Figura 4. Infomación del Gobierno de España Este apartado de Ministerio del Transición nos señala lo importante que es este tema para toda la sociedad y el mercado que se abre y se puede abrir en un futuro, principalmente porque estas pinturas convencionales están condenadas a extinguirse. 20 1.5 Herramientas y propiedades Las herramientas principales que se necesitan serán los diversos procesos y las materias primas necesarias para la producción de la pintura, que se asemeja a la producción de la pintura convencional, lo único que se tendrá que buscar los componentes contaminantes y cambiarlos por otros que realicen la misma función. Se tendrá en cuenta los trabajadores necesarios para la realización de este proyecto, desde la mano de obra en la fabricación hasta el control del inventario, pasando por el control de la producción durante todo el proceso. Para entender el proceso se va a hacer una breve introducción previa a la explicación más técnica del mismo. El proceso está dividido en 8 procesos principales y se compara lo que se haría en una fórmula de pintura convencional y lo que se hará en este proyecto: • Recepción de la materia prima: se suministra para la realización del producto final. Para ello se realizará un estudio para ver la cantidad que hace falta según la fórmula y ver cada cuanto tiempo necesitaremos reponerla. Estará almacenada en una instalación específica de la fábrica. El camión descargará la arcilla en el almacén por la puerta de entrada mediante un mecanismo hidráulico. Y se irá seleccionando la arcilla necesaria para cada lote de producción. • Pesaje de materia primas: mediante un trasportador hidráulico y una cuba se llevará la arcilla a la zona de pesaje, se usará una balanza para saber si la cantidad es correcta y luego se introducirá en el depósito correspondiente. Los productos como aglutinantes y disolventes serán repuestos por los proveedores en unos envases. • Inspección de materias primas: al comprar la arcilla pretratada y los productos ya certificados, solo necesitaremos la comprobación visual de los técnicos para ver que el producto no está en mal estado. • Dispersión: primera fase de materias primas entre la arcilla, el agua, aglutinantes y disolventes. La segunda será un aumento de velocidad centrífuga para asentar la mezcla. • Molienda: se cambiará la granulometría de la pintura, mediante un molino de bolas para ajustarla a las propiedades de espesor y densidad. • Completación: comprobación, si hiciera falta, de los elementos existentes y asentamiento mediante centrifugación de la pintura. Y asentamiento final antes del envasado. • Ajuste de viscosidad: mediante un Viscosímetro de aire, se vería si la viscosidad del producto es adecuada. • Envasado: mediante una cinta transportadora se irían rellenando los envases de pintura, que luego llegarían a una zona de almacenamiento, para posicionarlos en función del cliente. El proceso de manera general definido en el diagrama de la Figura 5: 21 Figura 5. Esquema de fabricación de pinturas De estos procesos existentes en la fabricación de pinturas generales se deberían de hacer en el proceso los siguientes: • Recepción y pesaje de las materias primas: se realizará de manera similar que en los procesos de producción de pinturas convencionales • Inspección de materias primas: la certificación viene dada por un organismo externo • Dispersión: se deberán de seguir las mismas pautas que en la pintura convencional, con la ventaja de que no se necesitan realizar reacciones químicas. • Molienda: proceso similar también al de la pintura clásica. • Completación: en este proceso no será obligatorio, aunque para un cambio de fórmula es conveniente. Se mantiene en agitación para el asentamiento de la pintura antes del envasado. • Ajuste de viscosidad: debido a que la mezcla está contralada durante el proceso, esto es solo un proceso de comprobación cada día en un lote aleatorio. • Envasado: mediante una cinta transportadora se irían rellenando los envases de pintura para luego posicionarlos en función del cliente. El proceso está descrito de una manera resumida en la Figura 6: 22 Figura 6. Proceso de producción de pinturas ecológicas 23 2.MEMORIA DESCRIPTIVA Este apartado del proyecto se destinará a explicar el tipo de producción que se va a utilizar y a exponer los distintos subprocesos existentes en el proceso principal. Para comenzar se describirá las normativas vigentes, el tipo de producción, luego los tiempos que conllevan, los lotes a producir y el coste económico La producción se formará un ciclo cerrado de producción por lotes. Se realizarán envases de 5 L, en un tiempo total de producción de 10 horas diarias, cada lote llevará un total de 120 minutos contando con todos los procesos y contará con 100 unidades, lo que hará un total de 5 lotes diarios de producción. En total el coste de producción será 227.744,04 €, contando con todos los aspectos (trabajadores, materias primas e instalaciones), aunque no todos estos costes serán fijos, puesto que los de instalaciones se harán una vez y se repetirán cuando sea necesario (por desgaste o estropeado). Las normativas vigentes basadas en la Consultora Quantis [5]: • Ley 34/2007 Calidad del aire y protección de la atmósfera. • Ley 16/02 Prevención y Control Integrado de la Contaminación. • R.D. 1073/2002 Evaluación y gestión de la calidad del aire ambiente en relación con el dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, óxidos de nitrógeno, partículas, plomo, benceno y monóxido de carbono. • Orden 18 octubre 1976 Prevención y corrección contaminación atmosférica industrial. • R.D.L. 1/2008 Evaluación Impacto Ambiental. • R.D. 117/2003 Limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades. • R.D. 9/2005 Actividades potencialmente contaminantes del suelo. • Rgto. 1005/2009 Sustancias que agotan la capa de ozono. • R.D. 227/2006 Limitación de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV’s) en determinadas pinturas y barnices y en productos de renovacióndel acabado de vehículos. • Ley 26/2007 24 Responsabilidad Ambiental. Una vez tenemos los materiales necesarios formularemos el balance de materia sin reacción completo para ver cómo sería nuestra ecuación en este punto del proceso: ME=(MA+VA) x1,5+S+D Ecuación 1 Siendo ● ME: la masa empastada (L) ● MA: la masa de arcilla (Kg) ● VA: volumen de agua necesario (L) ● S: solvente (L) ● D: dispersantes (L) 2.1 Recepción y pesado de materias primas Para comenzar se verán cuales son las principales empresas que se encuentran presentes en el mercado de extracción de nuestra materia prima para la realización de la pintura según el estudio de Informa [6]. En la Tabla 3, se muestran los distintos proveedores disponibles cercanos a la zona de fabricación: 25 Tabla 4. Proveedores de arcilla Empresa Localidad Provincia CANTERAS DE ALMARGEN SL Almargen MÁLAGA ARIDOS ANFERSA SL Freila GRANADA COMPAÑIA GENERAL DE CANTERAS SA Málaga MÁLAGA CATRASUR SL Cabezas de San Juan (Las) SEVILLA ARIDOS Y REFORESTACION SA Málaga MÁLAGA ARIDOS LOS LINOS SL Padul GRANADA SILICES DE FUENTES SL Córdoba CÓRDOBA LA BAJAMAR DE URBASUR SL Isla Cristina HUELVA ARIDOS DE LA LUZ SL Huelva HUELVA GESTION DE CANTERAS Y OBRAS SL. Atarfe GRANADA SANTIAGO CARMONA SA Córdoba CÓRDOBA Estas serían las principales canteras de arcilla de la zona andaluza que en principio será la zona en la que se trabjaría la fabricación de pinturas, entre otros motivos por la accesibilidad a la materia prima que se tiene en Andalucía. Una vez que nos llegan las cantidades necesaria de arcilla, se necesita un almacén en el cual la se mantienen en unas condiciones óptimas (20º y 65% de humedad). En la Figura 7 se podría ver de manera gráfica como sería la deposición de la materia en el almacén: https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_CANTERAS-ALMARGEN.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_ARIDOS-ANFERSA.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_COMPANIA-GENERAL-CANTERAS.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_CATRASUR.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_ARIDOS-REFORESTACION.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_ARIDOS-LINOS.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_SILICES-FUENTES.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_BAJAMAR-URBASUR.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_ARIDOS-LUZ.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_BLANQUEZ-GARASA.html https://www.informa.es/directorio-empresas/Empresa_SANTIAGO-CARMONA-CORDOBA.html 26 Figura 7. Descarga de materia prima Ahora se tendrá que coordinar el recibimiento de las materias primas para el proceder a su tratamiento, para eso se necesita una parte de las instalaciones en la cual se realizarán todo este tipo de tareas. El almacén tendrá un total de 400 m2 y se destina a tener la arcilla 130 m2. Los materiales restantes se almacenan en otro compartimento de la instalación y ocupará 20 m2, haciendo una comparativa con la harina existente en el libro Supplies and Food Aid Field Handbook [7]. Se puede ver referenciado un ejemplo en la Figura 8: Figura 8. Ejemplo de almacén de pintura Básicamente se separan estas materias primas en dos principales grandes grupos, que son: • Inflamables: que son todos aquellos materiales que son susceptibles de prender de manera rápida y descontrolada. Estarían los disolventes y aglutinantes • No inflamables: no tienen esa facilidad para arder, pero aun así (exceptuando algunos como el agua) no tienen esa capacidad tan destacada de que prenden con facilidad. Estarían la arcilla y el agua. En este caso se tienen algunos productos que estarán almacenados en un compartimento del almacén puesto que no ocupará una gran proporción dentro del mismo. El resto se dedicará a la producción, almacenamiento de stock y oficina. Acto seguido se pesará la materia prima que se necesita anteriormente descrita en la introducción. Para ello se ha elegido este modelo de Balanza Industrial Báscula Industrial - GRAM XTREM XS - Sensor en acero 27 inoxidable con protección IP69K, disponible en la Figura 9: Figura 9. Balanza de materia prima La cual estaría disponible en Balanzas Galicia. Se ha elegido el mayor rango de pesaje para tener una capacidad, un margen si en un momento dado se tiene que sobre producir por un aumento de demanda o por si aumentamos la capacidad de producción de manera constante. El solvente y el dispersante vienen ya en envases con medidores Una vez se tiene la materia prima preparada, un técnico con una carretilla hidráulica como la de la Figura 10, introducirá el 75 % del total de una cuba de transporte como la referente a la Figura 11, que previamente se han usado para el pesaje también: Figura 10. Cuba de pesaje 28 Figura 11. Carretilla hidráulica Una vez realizado el pesaje, el técnico vuelca la cuba transportadora con la carretilla hidráulica con las materias primas necesarias en el depósito para pasar al siguiente subproceso de producción. 2.2 Inspección de materias primas En la inspección de la materia prima se tienen dos opciones principales a la hora de aprobar o certificar los productos antes de empezar el proceso de producción: • Basándose en una serie de subcontratas especializadas, homologadas y certificadas en tratar los productos que se van a necesitar. • Teniendo un sistema de selección propio a través de laboratorio, pero se deben tener una serie de personal cualificado, materiales específicos y una homologación para poder emitir un certificado de calidad legal. En esta fábrica se tendrá el primero, debido a que se estará centrado, plenamente en la producción de la pintura de arcilla y se subcontratará todo el proceso de certificación, aparte de cercionarse de que los productos usados ya cumplen con las normativas establecidas. Aun así, se realiza una pequeña obra cerca de nuestras oficinas, puesto que, si en algún momento se necesita hacer una prueba puntual o por un cambio de proveedores, se necesita disponer de este departamento 29 Por lo tanto, se necesitará un departamento no muy grande, pero especializado en este tipo de trabajos. Para ello se debe dotar a al mismo de lo suficiente como para realizar este tipo de tareas, con una serie de materiales como probetas, pipetas, pesos y demás que estarán incluidos en el presupuesto general al comienzo del proyecto. Sólo se comprarán los materiales estrictamente necesarios puesto que se contempla como una opción de futuro 2.3 Dispersión En el proceso de dispersion se realiza la mezcla de los materiales anteriormente analizados, se realiza la base de la pintura, mediante el removido en un depósito específico para ello. A continuación, se describen las condiciones en las que necesitan salir las siguientes condiciones, existentes en un manual de producción de Ingeniería Quimica Reviews[8]. Como recomendaciones principales para la realización de una buena dispersión serían las siguientes: • El radio del depósito debe oscilar entre 2 y 3 veces el radio de la turbina dispersora . • La distancia mínima entre la turbina y el fondo del depósito debe ser el radio de la turbina. • Las velocidades tangenciales más eficientes deben estar entre 24 m/s y 28 m/s. • La viscosidad que se debe tener en el momento de la dispersión en el líquido debe de estar entre 30 y 60 poises y se medirá con el viscosímetro de aire regulado para este fin. Para comenzar se necesita un depósito donde realizar toda la masa principal. Esta masa estará formada por arcilla, agua, resina y dispersante Se usa un depósito con más litros de los necesarios por si hubiera algún tipo de sobreproducción o modificaciones en lasrecetas de empastado para cubrir algún tipo de pedido puntual, siempre que sea algo dentro de los límites de producción que armónicamente pueden aguantar los equipos. Como no se va a producir ningún tipo de reacción química al ser una operación de mezclado, vale un depósito con unas características muy comunes, como pueden ser para almacenamiento de agua u otros productos líquidos. Como depósito usaremos es el modelo MTFCA 500, el cual cubre las necesidades de manera holgada y se muestra en la Figura 12: 30 Figura 12. Depósito de dispersión Es importante también que en el diseño del depósito esté presente una válvula para traspasar el resultado final de la masa una vez terminado el proceso de dispersión. Para ello se debe introducir en nuestro sistema una bomba para mover el resultante hacia la molienda, en donde pasará a ser transformado una vez más por nuestro molino de bolas. Para comenzar se describe el proceso de dispersión, el primer paso es comenzar aplicando una velocidad de 500 RPM durante 15 minutos y seguidamente se pasará a aumenta la velocidad a 800 RPM durante otros 15 minutos, para pasar de la mezcla a la dispersión. Para este mezclado se introducirá una máquina de dispersión como el de la Figura 13: Figura 13. Máquina de dispersión Lo que se quiere obtener con este aumento de velocidad es la dispersión de la arcilla en el dispersante y el solvente utilizado, seguidamente se le añade una pequeña parte de solvente, que será también ecológico. Dividiremos el proceso de dispersión en 2 partes principales: 31 • Humectación: en la cual se acondiciona el agua de esta etapa, se disminuye la tensión superficial, También es importante añadir los dispersantes, cuya función es, que una vez separada la carga de a la arcilla, los estabiliza para impedir su reconstrucción a la fase previa e intentar mantener la composición. Debido a las altas velocidades, es muy importante añadir también antiespumantes, generalmente suelen ser de aceites minerales, para evitar que rebose la espuma generada durante el tratamiento, pero no tendrá efecto en el balance de materia. • Estabilización: una vez se tienen todos los elementos añadidos, se comienza el proceso de estabilización / dispersión. Para ello se realizará con la máquina de dispersión. La Figura 14 muestra cómo sería un esquema básico de el proceso de dispersión: Figura 14. Esquema de dispersión 2.4 Molienda Una vez acabada la dispersión, mediante un sistema de canalización con una bomba se transporta el producto resultante al siguiente paso de la producción, que sería la molienda. Este paso es un paso importante debido a que se va a dar paso a la medida de la granulometría de la pintura para dotarlo del tamaño de las partículas, este resultado es la base de nuestro producto final. En este proceso tanto en pinturas convencionales como en ecológicas no supone ninguna transformación química, por lo tanto, se asemeja con bastante claridad al proceso de la producción de pinturas convencionales. Se dedica esta parte a explicar en qué consiste la molienda en nuestro proceso y que se realizará, además de describir y catalogar los materiales necesarios para el mismo. Aunque existen muchos métodos de molienda, lo más común para disminuir el tamaño medio de las partículas de la base en el sector de la pintura es un molino de bolas. En la memoria de cálculo se verán las condiciones de funcionamiento general de un molino de bolas, puesto que, aunque tenga distintas variantes la mecánica general para las distintas máquinas es la misma, sólo que tendremos que adaptar la misma a las necesidades de producción, puesto que la cantidad de base que tenemos 32 que procesar es muy distinta en los diferentes sectores. Para este caso necesitamos un molino lo suficientemente grande para tratar alrededor de 511 L de pintura puesto que una vez que se tengan esta ya lista, se pasa al siguiente proceso de producción. La Figura 15 muestra el molino de bolas que se usará: Figura 15. Molino de bolas El funcionamiento del molino de bolas es básicamente el principio de impacto y fricción, mediante el impacto de las bolas introducidas en el interior del molino, se va reduciendo el tamaño de las partículas. Este movimiento es circular y se describe de manera resumida en la Figura 16: Figura 16. Funcionamiento interno de molino de bolas El material de las bolas será de acero inoxidable, puesto que de las opciones disponibles es la más compatible con lo que se quiere realizar. Uno de los principales motivos de elección del molino de bolas es también su facilidad de instalación, su precio y su capacidad de poder trabajar por lotes, es decir, que se puede programar para moler durante un tiempo concreto. Se necesitan para las características de nuestra pintura que el tamaño granular de nuestra carga (arcilla) esté en torno a 50 a 100 micras. Para procesar 511 litros de pintura se tardan 10 minutos. Y el tamaño de la partícula que se alcanzará de 80 micras. 33 2.5 Completación Cuando se obtene la mezcla definitiva, ya con la granulometría y composición correctas, esta se traslada a un taque de completamentación, que se puede observar en la Figura 17, será de la marca MMG. Este bombeo desde el molino de bolas hasta el nuevo depósito con agitador y el movimiento se hace por un sistema de canalización, empujado por gravedad. Figura 17. Depósito de dispersión. Se usa el de 790 litros de capacidad. En esta parte del proceso se podría reusar para cambios de producción ya que todo se realiza en el mismo depósito y está adaptado para ello. En el proceso de dispersión por ejemplo al intervenir el dispersor si habría que cambiar más maquinaria y elementos. En este depósito se le somete a la pintura a un proceso de agitación en función de la fórmula elegida y se deberán añadir los elementos necesarios para mientras se realiza un movimiento circular en el interior del depósito. Se obtiene la fórmula final de nuestro producto, añadiéndole lo que fuera necesario, en función de la nueva necesidad creada al cambiar la granulación. En el caso de este no habría ningún tipo de completación. 2.6 Ajuste de viscosidad Una vez se ha terminado el proceso de completación, se necesitará realizar un ajuste de viscosidad al producto antes de su envasado, esto es porque la viscosidad hace cambiar las propiedades y comprobandola, se aseguran unos parámetros establecidos. En este proceso es raro que se tenga que ajustar la viscosidad, puesto que no hay ningún tipo de transformación química, es solo mezclado, por lo tanto se comprueba por si hubiera deasjustes en la mezcla inicial o algún tipo de fuga de materiales durante el proceso. Para ello se toma una muestra y se utiliza un medidor portátil, Viscosímetro Airless, cuyo uso se encuentra en el manual de la página proveedora [9], mostrado en la Figura 18: 34 Figura 18. Viscosímetro Airless Este viscosímetro medirá el tiempo que tarda en pasar la pintura por la base de este, en función de esto se verá si la viscosidad del líquido es adecuada. Los parámetros de medida serán los mostrados en la Tabla 5: Tabla 5. Parámetros de viscosidad Se aprecia que, para las pinturas diluidas en agua, sería recomendable un nivel de viscosidad cuando al introducir la pintura, tarda entre 20 y 50 segundo en vaciarse el viscosímetro. Si no se cumpliera el parámetro establecido, habría que añadirle más agua. Aunque generalmente no hay problemas relacionados con la viscosidad, después de la molienda es un punto sensible y es por lo que también se realiza en ese momento. 2.7 Envasado Cuando se han realizado todos los pasos anteriores de manera correcta se pasa al ultimo paso antes de la venta al cliente, el envasado. Se tiene el productofinal en el depósito de completación y se pasará a la maquina envasadora, la cual se muestra en la Figura 18: 35 Figura 19. Máquina envasadora Esta máquina necesita ser provista de envases para rellenar con un total de 5 L, mostrados en la Figura 20 y dos cintas trasportadoras para comenzar y terminar el ciclo de envasado. El tipo de cinta será automático y se muestran en la Figura 21. Figura 20. Envase distribución pintura Figura 21. Cinta transportadora 36 La máquina empaquetadora tiene un margen de llenado de envases de entre 1 y 20 litros por envase, para el empaquetado de este proceso se usa para 5 L. La instalación de esta máquina, con tanto margen, es por si hay algún tipo de cambio en el formato de venta. Los envases vacíos serán colocados por un técnico durante la realización de los demás procesos y una vez que se comienza el envasado, se pasará al otro extremo para comenzar con la organización de los lotes. La máquina envasa a a razón de 16 envases por minuto, por lo tanto, empaqueta el lote de 100 unidades en 6 minutos y medio si no existe ningún contratiempo, como un atasco. Para el almacenado, cada envase ocupa 0.0055879 m3 y se dispone de 80 m3 de almacen para este propósito, se pueden apilar de tal manera que se formen hileras de 10 envases justos. Se puede almacenar en total 14317 envases, es decir la producción de 28 días aproximadamente, lo que da un margen de stock importante y teniendo un stock de seguridad por si ocurriera algún tipo de imprevisto o sobredemanda. 37 3.MEMORIA DE CALCULO En este apartado se realizarán todas las justificaciones necesarias para la realización del proceso productivo, desde los balances de materias sin reacción en cada una de las etapas y las estructuras de producción del proceso, incluyendo los parámetros ajustados a las necesidades del producto. La estructura de producción sería la siguientes: A continuación, se procede a describir los distintos subprocesos existentes en la fabricación • Recepción de materia prima: no tiene tiempo en sí, sin embargo, se necesitarán suministros de arcilla cada 15 días. • Pesaje de materia prima:10 minutos entre pesaje y transporte • Inspección de materia prima: 5 minutos. • Dispersión: entre la premezcla y dispersión se invierten 30 minutos en total. • Molienda: según las características de la maquina seleccionada, en este caso serían 10 minutos. • Ajuste de viscosidad: sobre unos 2 minutos cada vez que se realiza. • Envasado: la máquina envasadora tarda en rellenar los lotes 6 minutos y medio. Con el transporte y organización serían en total 20 minutos • Tiempos de transporte entre depóstios de dispersión, molienda y envasadora :30 minutos Por lo tanto, el resumen del tiempo de producción total sería el descrito en la Tabla 4: Tabla 4. Tiempos de proceso Tiempo Pesaje Inspección Dispersión Molienda Ajuste Envasado T. Proceso(min) 6 5 30 16 2 6,5 T. Transporte(min) 4 10 10 10 13,5 El tiempo total de producción sería de 113 minutos, no se incluirá el tiempo de limpieza que está estimado en 15 minutos más. Y los 7 restantes se les considera tiempo ocioso por errores de pesaje. Para hacer un estudio de costes y una previsión de demanda tomaremos datos usados en la facturación expuesto en la introducción [1]. Se va a simular la producción en un mes de los 12 que tiene el año y se hará una previsión de la demanda de todos los meses restantes que son similares, de tal manera que exista una variación entre el 5 y el 10% Para ver el ejemplo práctico de los ingresos, se estima que en enero se venden 95.000 envases de pintura a un 38 precio de 30 € y los ingresos se estiman según el estudio de la facturación de empresas españolas [2]. La empresa dedica la producción a la venta al por mayor, se ha tomado como referencia el precio de esta dirección de Naturclay [10] Se venden sacos de 8 kg a 40 €, pero sin embargo el producto de este proceso ofrece mejores propiedades y mejores acabados, debido a que lleva más productos aparte de la arcilla en bruto. Por lo tanto, el precio final se definiría como 30 € al por mayor con impuesto incluidos. En la Tabla 5 se muestra la previsión de demanda y los ingresos por envases. Tabla 5. Tabla previsión / ingresos Por lo tanto, el primer mes se tendrá casi recuperada a inversión inicial para todo el año. Se da por comprado la gran mayoría de lo que se produce, mediante un acuerdo para proveer a ciertas empresas de pintura que necesitan productos ecológicos. Para ver todo el proceso de una manera más clara se usará un diagrama de flujo con las cantidades existentes en cada parte del proceso: 39 167 kg de Arcilla Transporte mediante Cubas Así entonces quedaría la ecuación de un lote de producción, en la cual se tendría la masa justo antes de producirse el proceso de dispersión. El balance de materia al no tener reacción entra la misma cantidad que sale ME= (167 + 167) x1.5 +0.5+10 L= 511.5 L Ecuación 2 25 t de arcilla Recepción de la materia prima Pesaje de materia prima Cuba de 167 kg de Arcilla 167 L de H2O Mezcla (a 500 rpm) Solvente 0.5 L / lote Dispersene- E/148.A 10L /lote Dispersión (a 800 rpm) Molienda Completación y Ajuste de viscosidad Viscosidad adecuada Tamaño de 80 micras Lotes cada 10 min de pintura de 100 Uds. Envasado 40 3.1 Recepción y pesaje de materias primas La recepción de la materia prima esta programada para que venga cada 28 días los materiales suministrados, se pedirán 25 toneladas de arcilla para cubrir las necesidades, si hiciera falta un sumisitro extra existiría la posibilidad de contratar una empresa más cercana que surtiera lo necesario. Cada 28 días se descargan 25 toneladas de arcilla en el almacén, lo que hace que se cubra la producción que se tiene estimada, puesto que para lote se necesita 167 kg de arcilla y se hacen 5 lotes diarios. Se muestra en la Tabla 6 un resumen de la arcilla necesaria: Tabla 6. Tabla producción de arcilla Los proveedores trasnportarán la materia prima hasta el almacén que se diseña según la información encontrada en la siguiente documentación mostrada en la memoria descriptiva [9]. En la Figura 21 se muestra un esquema del método a usar en la descarga de los camiones: Figura 22. Esquema descarga de camiones Para el pesaje de la materia prima comentamos en la memoria descriptiva el uso de una serie de balanzas de precisión y se transporta mediante la carretilla hidráulica. La arcilla se pesará un total de 5 veces al día y su peso debe de ser de 167 kg, el agua se añade de manera automática y luego a la hora de realizar las medidas en el solvente está preparado en envases de 0.5 L (uno por lote) y 10 L de dispersante. A continuación, se justifica el llenado del 75 % de la cuba que se usa para transportar. En la Figura 22 se muestra la cuba de ITM que se usa para la realización del pesaje y tiene una capacidad de 200 L: 41 Figura 23. Esquema cubas transportadora 3.2 Inspección de la materia prima Al tener toda esta etapa subcontratada, en la memoria de cálculo no es necesario dedicarle algún tipo de studio a la misma, debido a que realmente no es influyente de manera directa en el trabajo, aunque sí es necesario tener todos los productos según normativas. Sin embargo, se describe en la memoria descriptive la posibilidad de formar un laboratorio en un anexo a la nave o en el interior, por si en un futuro se quisiera instlara cualquier tipo de certificación. 3.3 Dispersión Una vezse tienen todos los productos en el depósito, cuyo esquema se encuentra en la Figura 23, se comienza la mezcla y se comienza con un caudal de Q = 511,5 L de pintura acuosa. Figura 24. Esquema de depósito de dispersión Las características del depósito elegido están acordes a las necesidades de la producción, como se puede ver en la Figura 24. 42 Figura 25. Características del depósito de dispersión Durante la realización de la dispersion no se produce ninguna modificación del caudal, por lo tanto Q se mantiene constante. Esta maquinaria si se aumentara la producción habría que cambiarla, es la más critica del proyecto, porque son 527 litros de capacidad y solo hay margen para 16 litros. La máquina dispersorá tendrá dos fases por lo tanto se tendrá que comprar una que permita cambiar de caracteristicas sin que suponga mucha dificultad. Se tiene dos fases que se muestra en la Tabla 7: Tabla 7. Tabla de proceso de dispersión Para ello y según los cálculos se necesita la siguiente configuración, que están en la Figura 25: Figura 26. Especificaciones máquina dispersora 43 Una vez acabada la dispersión se tiene que transportar la mezcla hasta el proceso de molienda, esto se hará mediante una bomba que irá junto al depósito y moverá el líquido, la bomba es descrita en la Figura 26. Y tendrá que cumplir unas especificaciones: Figura 27. Bomba transportadora Con las características de esta bomba, que se usará durante los demás transportes, se tienen que mover 511,5 L. La bomba mueve, según sus características en la Figura 27: Figura 28. Caudal de bomba Como resumen del transporte entre procesos, se hace el cálculo de tiempo y este es el que se repite secuencialmente hasta el envasado. Este cálculo se muestra en la siguiente Tabla 8: Tabla 8. Tiempo transporte de materia entre procesos 3.4 Molienda Finalizada la etapa de dispersion se debe comenzar con la molienda, en la cual se le dará el tamaño de las partículas necesario para las caracteristicas que se requieren. Para ello se ha instalado el siguiente Molino de bolas descrito en la Figura 28. El cual se explica su funcionamiento en la memoria descriptiva: 44 Figura 29. Esquema molino de bolas En el proceso de molienda se realiza el cambio de la granulometría. Para el cáclulo del tiempo de procesamiento se ha tomado como referencia las características del Molino de bolas instalado, la cual se encuentra en la Figura 29: Figura 30. Caracterísitcas del molino de bolas Se pueden procesar entre 800 y 2000 L de tal manera que se tomará como referenica el máximo de la producción, por lo tanto, en la Tabla 9, se explica el tiempo de molienda: Tabla 9. Tiempo de procesamiento por lote del molino de bolas Si en procesar 2000 litros tarda 60 minutos en 16 minutos debe estar acabada la molienda de 511 litros. 3.5 Completación y ajuste de viscosidad En la parte de cálculo de este proceso se unen la completación y el ajuste de viscosidad, puesto que son dos procesos de revisión una vez que sale el producto por el molino de bolas. Para la completación se mantendrá la pintura en un depósito con agitador para mientras se realizan estos procesos la pintura se asiente con el cambio realizado en el anterior proceso. El ejemplo de un agitador dentro del depósito se expone en la siguiente Figura 30: 45 Figura 31. Deposito con agitador Generalmente no es necesario añadirle ninguno de los productos dispersantes ni solventes debido a que, al estar en una proporción pequeña, mientras el efecto siga siendo el que se necesita, la pintura no habrá cambiado de composición en los procesos anteriores en los que se introdujo. Para el ajuste de viscosidad usaremos el viscosímetro anteriormente descrito y veremos que el que el tiempo que tarda en salir por la base del viscosímetro es entre 20 y 50 segundos. Los tiempos de procesamiento no necesitan cálculo, puesto que si pasa el control de calidad que dura 1 minuto se continua con un proceso y si no se paraliza y se revisa la fórmula. El otro minuto es para limpieza del material. Si ese tiempo la pintura estará preparada para pasar al empaquetamiento para la venta, si no es así se dará el lote por perdido y se añadirá el agua necesaria en función de si mayor el tiempo de vaciado del viscosímetro. Las características del depósito se exponen a continuación en la Figura 31: Figura 32. Características del depósito con agitador Se mantendrá una velocidad de 200 rpm para favorecer el asentamiento de la fórmula. 46 3.6 Envasado Una vez acabado el proceso de completación y ajuste de viscosidad, se tendrá la pintura ya apta para su uso, pero falta el paso del envasado para su venta. Para ello se usa una máquina industrial de empaquetamiento volumétrico que introducirá el líquido proveniente del depósito, esta máquina estará suministrada de la pintura a empaquetar mediante el anterior depósito (el líquido se moverá por gravedad puesto que este último deposito está en una superficie un poco elevada). Se sabe que la máquina empaquetadora que se tiene funciona a razón de 16 envases por minuto, en un rango de 1 a 20 litros. Se necesitan hacer envases de 5 litros, por lo tanto, la máquina empaquetará a razón de 80 litros de pintura por minuto. En un lote de pintura hay 511 litros de pintura, por lo tanto, tarda 6 minutos y medio en envasarse un lote. Haciendo un total de 100 envases de pintura. Los 11 litros restantes que se añaden a la fórmula pueden ser considerados como desperdicios, debido a que no se puede hacer un envase con estos. El resto del trabajo sería organizar los pedidos en función de lo que los clientes quieran. Tabla 10. Tabla de envasado por lotes En la siguiente ilustración figura 32 se puede ver el proceso de envasado cuando entra en la inyección: Figura 33. Envasado de pintura Cuando la máquina para de producir y el técnico de envasado ha terminado de empaquetar los lotes, dicho técnico se redirige a la zona de inyección de pintura en la maquina envasadora, por si hubiera algún compartimento sucio. Para terminar, se trasladan los lotes al almacen en el cual se procede a calcula el espacio: • 1 tonelada de arcilla ocupa 2 m3 por que para 25 toneladas se necesitan 50m3 a lo que se le deberá de añadir un 30 m3 de ventilación y acceso. 10 m3 para un stock de seguridad que se tendrá por demandas inseperadas Para completar el almacen los otros 40 m3 se tendrán de reserva para una futura ampliación de la fábrica. 47 4.MEDICIONES Y PRESUPUESTO En este apartado se verá la cantidad y el presupuesto necesario para que se lleve a cabo el proyecto, de manera resumida, es un inventario de los distintos elementos que se han precisado durante el proceso de producción. Así se podría calcular cuánto sería la inversión inicial, y ver el tiempo que se tardaría en recuperar la inversión. Se analizará todo en el mismo cuadro para sintetizar de la mejor manera el entendimiento de las tablas. En el apartado precio de las tablas, se específica el precio total de todos los productos adquiridos, no del precio individual. Durante el proceso lo elementos mecánicos sufriarán un proceso desgaste por el uso. Estos elementos son los siguientes: • Cubas • Carretilla hidráulica • Dispersores • Depósitos • Molino de bolas • Máquina de envasado • Cintas transportadoras Los salarios de los trabajadores serán presupuestados anualmente, puesto que al empezar la producción sería conveniente tener el capital para poder pagar a los empleados si hubiera algún tipo de contratiempo. La suma de costes totales sería la suma de costes fijas y costes variables: CAPEX + OPEX= CT • Los CAPEX serían los costes de los equipos e instalaciones. • Los OPEX son la arcilla y el agua, los cuales, aunque seanfijos en el proceso de producción no dependen directamente de la empresa de producción. Los salarios van incluidos también en este apartado • Los costes totales (CT)son la suma de los dos anteriores. Los salarios de los trabajadores serán presupuestados anualmente, puesto que al empezar la producción sería conveniente tener el capital para poder pagar a los empleados si hubiera algún tipo de contratiempo. En esta sección se calcula la cantidad y el precio de las materias primas anuales. Y se hará una suma total de todos los costes que se separan a continuación para ser explicados 48 4.1 Materias primas básicas e instalaciones En esta sección se calcula la cantidad y el precio de las materias primas anuales: 4.1.1 Recuros Cantidad Ud. Arcilla 217,1 t Producto principal de la producción. El precio se obtiene del producto anteriormente analizado por el fabricante [] PRECIO 70.345,86€ Cantidad Ud. Agua 10.000 m3 Necesaria para todo el proyecto, se hará un cálculo incluyendo todos los tipos de gasto de agua, limpieza y cuidados de las instalciones incluidos. Se ha usado el precio del litro en Andalucía, que es 1,8 € el m3. PRECIO 18.000 € 4.1.2 Instalciones Cantidad Ud. Nave industrial 1 Se ha hecho el estudio de mercado pertinente para justificar el precio. El total es el precio medio de las instalaciones actualmente existentes en la zona según la información obtenida en varios portales digitales. PRECIO 110.000€ El coste total de materias primas básicas e instalaciones CT1 sería: CT1= 70.345,86+18.000+110.000=99.345,86 € 49 4.2. Pesaje y pretratados de materiales En este apartado se calculan los materiales necesarios durante este proceso. Como anotación se han comprador un sobreexceso por una bonificación por compras y asi tener, también, material de sobra. Cantidad Ud. Balanza analítica 4 Se usa la Balanza Industrial Gram Xtrem X4s-300. Para un tipo de pesaje más voluminoso. Se permite el pesado de todos tipos de productos principales PRECIO 1.812 € Cantidad Ud. Cuba de transporte 24 (lote) Será una cuba de transporte estándar de capacidad de hasta 200 litros. Se usará básicamente para el transporte durante la medición y l premezcla PRECIO 1.200 € Cantidad Ud. Carretilla elevadora 4 Máquina hidráulica de uso manual para transportar las cubas desde el almacén al pesaje, para acabar en el depósito de mezcla PRECIO 678 € CT2=1.812+1.200+678=3.690€ 50 4.3 Depósitos y bombas Cantidad Ud. Depósito de dispersión MTFCA 2 Depósito utilizado para la realización de la mezcla inicial y para la dispersión de los elementos que la componen. PRECIO 4.000 € Cantidad Ud. Bomba Sames Kremlin 04D140 4 Bomba de inyección necesario para transportar la pintura de un proceso a otro, se utilizará en dos partes del proceso la misma bomba debido a que se cumple unos parámetros necesarios muy parecidos PRECIO 600 € Cantidad Ud. Tuberías de polietileno 20 m Metros de tuberías necesarios para el transporte entre máquinas de la pintura. El material es el adecuado para líquidos y tiene las propiedades necesarias para el producto. PRECIO 584,20€ Cantidad Ud. Depósito de Completación con agitador MMG maquinaria 2 Depósito utilizado en el proceso de Completación y previo a el envasado, en él se asienta la fórmula, se le añade los productos necesarios y se termina el proceso de tratamiento de la pintura. PRECIO 6.000 € 51 CT3=4.000+600+584,20+6.000=11.184,2 € 4.4 Maquinaria industrial Cantidad Ud. Dispersor GFJ-7,5 (11) 2 Maquina dispersora para realizar los procesos de mezcla y dispersión. Se ha programado la compra de 2 unidades por si hubiera algún tipo de fallo a la hora de producir. PRECIO 5.000 € Cantidad Ud. Molino de bolas ⱷ 900x1800 1 Máquina de molienda mediante bolas, que nos proporcionará la granulometría necesaria para la pintura PRECIO 10.000 € Cantidad Ud. Cinta transportadora SOROTO 4,5 m 2 Máquina hidráulica de uso manual para transportar las cubas desde el almacén al pesaje, para acabar en el depósito de mezcla PRECIO 523,98 € CT4=5.000+10.000+523,98=6.523,98€ 52 4.5 Personal Cantidad Ud. Jefe de planta 1 Como jefe de planta la responsabilidad del funcionamiento de la producción será suyo. Su principal cometido es que todos los trabajadores estén realizando sus funciones y se lleven a cabo todas las restricciones y condiciones del plan de producción. PRECIO 32.000 € Cantidad Ud. Técnico de pesaje y transporte 1 Su principal función es la de supervisar y transportar la cantidad necesaria de materiales para la realización de la mezcla. Sus tareas principales son las de pesaje y transporte PRECIO 25.000 € Cantidad Ud. Técnico de revisión de procesos 1 La principal tarea es revisar que todos los procesos industriales se realizan en los tiempos establecidos y con los parámetros necesarios, si hay algún tipo de contratiempo comunicarlo al jefe de planta. También realizará tarea de limpieza de máquinas puntuales si es necesario PRECIO 25.000 € 53 Cantidad Ud. Técnico de envasado y lotificación 1 Desde la máquina envasadora, este técnico deberá de comprobar si se cumple la demanda establecida y deberá colocar las unidades de envasado de pintura de manera correcta, según diga la hoja de producción para la demanda planificada. También deberá de colocar los envases para ser rellenados. PRECIO 25.000 € CT5=32.000 +25.000+25.000+25.000=107.00€ Los salarios de los empleados son totales, es decir, las cotizaciones a la seguridad social y las pagas extra (2 anuales) serán incluidas en el presupuesto de pagos. Como resumen presupuestario quedaría de la siguiente manera: • CT1: precio de materias primas básicas e instalaciones • CT2: pesaje y pretratado de materiales • CT3: depósitos y bombas • CT4: maquinaria industrial • CT5: coste de personal El total de la inversión inicial alcanzaría el siguiente valor: CT1+CT2+CT3+CT4+CT5=99.345,86+3.690+11.184,2+6.523,98+107.00=227.744,04 € (doscientos veintisiete mil setecientos cuarenta y cuatro euros y cuatro céntimos) 54 5.HOJA DE EQUIPOS En el proceso productivo se ha utilizado una serie de maquinaria que se ha descrito de una manera muy sencilla. Se complementará con un resumen técnico de los más importantes Nombre de equipo Balanza Industrial Gram Xtrem X4s-300 Capacidad de pesaje 300 kg Material Acero inoxidable Altura 800 mm Ancho 600 mm Largo 145 mm Alimentación Adaptador 230V/ 50 Hz (euro) 7,5 DC 55 Nombre de equipo Depósito de dispersión Forma Cilíndrico Volumen 609,198 m3 Material Acero Dimensiones: Altura (H): 1290 mm Diámetro:1080 mm Altura del pie: 625 mm 56 Nombre del equipo Dispersor GFJ-7,5 (11) Velocidad 1450 rpm Capacidad 400-600 L Peso 820 kg Potencia 7.5 kW/ 11kw 57 Nombre de equipo Bomba Sames Kremlin 04D140 Material Acero inoxidable Caudal 50L/ minutos Peso 15 kg Ancho 188 mm Largo 232 mm Altura 251 mm 58 Nombre del equipo Molino de bolas ⱷ 900x1800 Velocidad Centrífuga 17-39 rpm Fineza del producto 0.007-0.89 mm Caudal 0-260 t/h Alimentación 18,5 kW Peso 1,5 t 59Nombre del equipo Depósito de Completación con agitador MMG maquinaria Material Acero inoxidable Ancho 1850 mm Alto 2850 mm Capacidad 2500 L Potencia Motor 1,5 CV Velocidad Centrífuga 0-900 rpm 60 Nombre del equipo Máquina Envasadora Volumétrica FLASH-20350 Funcionamiento Neumático Volumen Dosificación De 1 a 20 litros Producción 15-17 envases/min 61 Nombre del equipo Cinta transportadora SOROTO 4,5 m Ancho de banda 34 cm Velocidad 32 cm/seg Altura 23 cm Largo 450 cm Motor 240 V Ancho del armazón 48 cm Peso 85 kg 62 REFERENCIAS [1] Interempresa, El valor del mercado español de pinturas y barnices retrocede por primera vez en 7 años , 2021 (disponible en https://www.interempresas.net/Ferreteria/Articulos/323436-El-valor-del-mercado- espanol-de-pinturas-y-barnices-retrocede-por-1-vez-en-7-anos.html ; última consulta 20/06/2021) [2] Sector CNAE, (2030) Fabricación de pinturas, barnices y revestimientos similares; tintas de imprenta y masillas, 2021 (disponible en https://ranking-empresas.eleconomista.es/sector-2030.html; úlitma consulta 22/06/2021) [3] Forbes staff, Las 20 compañías de pintura más grandes del mundo, 2014 (disponible en https://www.forbes.com.mx/las-20-companias-de-pintura-mas-grandes-del-mundo/; última consulta 25/06/2021) [4] Miriam Vicente, ¿Qué características tienen las pinturas ecológicas?, 2021 (disponible en https://comunidad.leroymerlin.es/t5/Bricopedia-Decoraci%C3%B3n/Qu%C3%A9-caracter%C3%ADsticas- tienen-las-pinturas-ecol%C3%B3gicas/ta-p/12564; última consulta 25/06/2021) [5] Quotatis, Normativas Pintura, 2019 (disponible en https://www.quotatis.es/consejos- reformas/normativas/pintura-suelos-y-paredes/normativas-pintura/ ; última consulta 10/07/2021) [6] Informa Directorio de empresas, Empresas de Extracción De Piedra, Arena Y Arcilla de Andalucía, 2021 (disponible en https://www.informa.es/directorio-empresas/081_EXTRACCION-PIEDRA-ARENA- ARCILLA/Comunidad_ANDALUCIA/Empresas-4.html#empresa; última consulta 11/07/2021) [7] Digicollection, Handbook for Delegates, International Federation of Red Cross and Red Crescent Societies,1997 (disponible en http://helid.digicollection.org/en/d/Js2912s/12.3.html; última consulta 08/09/2021) [8] Ingeniería Química Reviews, Proceso industrial de fabricación de pinturas, 2021 (disponible en https://www.ingenieriaquimicareviews.com/2021/04/proceso-de-fabricacion-industrial-de-pinturas.html; última consulta 08/08/2021) [9] Airless, Viscosidad de la pintura y como diluirla al trabajar con airless, 2019 (disponible en https://www.airless-discounter.de/noticias/conoce-la-viscosidad-de-la-pintura/; última consulta 09/09/2021) [10] Naturalclay, PINTURA DE ARCILLA NATURAL Y ECOLÓGICA PARA INTERIOR, 2021 (disponible en https://naturclay.com/tienda/pinturas-ecologica-natural/pintura-de-arcilla-ecologica-clay-paint/; última consulta 20/07/2021) [11] Ministerio para la transición ecológica y el reto de demográfico de España (2021). De compuestos orgánicos volátiles. https://www.interempresas.net/Ferreteria/Articulos/323436-El-valor-del-mercado-espanol-de-pinturas-y-barnices-retrocede-por-1-vez-en-7-anos.html https://www.interempresas.net/Ferreteria/Articulos/323436-El-valor-del-mercado-espanol-de-pinturas-y-barnices-retrocede-por-1-vez-en-7-anos.html https://ranking-empresas.eleconomista.es/sector-2030.html https://www.forbes.com.mx/las-20-companias-de-pintura-mas-grandes-del-mundo/ https://comunidad.leroymerlin.es/t5/Bricopedia-Decoraci%C3%B3n/Qu%C3%A9-caracter%C3%ADsticas-tienen-las-pinturas-ecol%C3%B3gicas/ta-p/12564 https://comunidad.leroymerlin.es/t5/Bricopedia-Decoraci%C3%B3n/Qu%C3%A9-caracter%C3%ADsticas-tienen-las-pinturas-ecol%C3%B3gicas/ta-p/12564 https://www.quotatis.es/consejos-reformas/normativas/pintura-suelos-y-paredes/normativas-pintura/ https://www.quotatis.es/consejos-reformas/normativas/pintura-suelos-y-paredes/normativas-pintura/ https://www.informa.es/directorio-empresas/081_EXTRACCION-PIEDRA-ARENA-ARCILLA/Comunidad_ANDALUCIA/Empresas-4.html#empresa https://www.informa.es/directorio-empresas/081_EXTRACCION-PIEDRA-ARENA-ARCILLA/Comunidad_ANDALUCIA/Empresas-4.html#empresa http://helid.digicollection.org/en/d/Js2912s/12.3.html https://www.ingenieriaquimicareviews.com/2021/04/proceso-de-fabricacion-industrial-de-pinturas.html https://www.airless-discounter.de/noticias/conoce-la-viscosidad-de-la-pintura/ https://naturclay.com/tienda/pinturas-ecologica-natural/pintura-de-arcilla-ecologica-clay-paint/ 63
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