ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION

LABORATORIO DE AUTOMATIZACION I

PROYECTO

TEMA:

PROCESO DE PAPAS FRITAS.

NOMBRE:

CARLOS ANDRES RIVERA JARA

PROFESOR:

ING MANZUR HANNA FUAD ALBERTO

2010-2011

PROCESADORA DE PAPAS FRITAS.

1. INTRODUCCIÓN.

En décadas pasadas, la gente ha gastado una gran cantidad de dinero y energía investigando

varios métodos de procesamiento de alimentos. Los resultados de ésta investigación ha

mostrado que el procesamiento de alimentos no sólo envuelve la calidad de las materias primas,

los procesos de manufactura, el empaque, el cambio químico que puede ocurrir durante su

almacenamiento, y las preferencias del consumidor, sino también la maquinaria y equipo

utilizados en su procesamiento. El uso de maquinaria automatizada es preferible que otros tipos

de máquinas porque es más higiénico e incrementa la producción de cualquier planta

procesadora de alimentos.

Los equipos para este proceso fueron adaptados de utensilios de cocina: las papas fueron

frecuentemente peladas a mano, luego cortadas en rodajas en una cortadora de carne antes de

empezar a freírlos en una canasta de alambre inmerso en un recipiente abierto de aceite caliente.

Estas operaciones con un alto contenido de trabajos manuales son obviamente inapropiadas para

grandes volúmenes de producción y han sido reemplazados por equipos automáticos y

principalmente continuos.

OBJETIVOS

Comprender el funcionamiento del proceso de hacer papas fritas.

Crear un programa que controle el proceso de elaboración de papas fritas a través de la

herramienta de programación de proficy Machine Edition.

Utilizar los conocimientos que se adquirieron en las clases de automatización 1 para

llevar a cabo el proyecto.

Reconocer el tipo de sensores que participan en el proceso de elaboración de papas

fritas.

Investigar y obtener el conocimiento que son necesario para realizar este proceso que

anteriormente era 20% semi -automático y tratar de automatizarlo a un 100%.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.

Almacenamiento de materia prima

Este paso es muy importante ya que se seleccionan las papas con contenido de azúcar bajos o se

los almacena a una temperatura que produzca la minimización de estas sustancias.

Cargado en la tolva

Se llena una tolva de papas de capacidad de 2.5 toneladas que luego van a ser lavadas.

Lavado.

Primero, las papas son completamente lavadas, no sólo por razones higiénicas, sino también

para prevenir la suciedad o los granitos de arena.

Pelado.

Se realiza un lavado por medio de una cuba giratoria que por medio de friccion de varios

rodillos que realiza el pelado

Las ventajas de los peladores por fricción son que ellos son sencillos, sólidos, y de bajo costo.

Separador

Después de peladas, las papas pequeñas son separadas de las grandes por medio de unas

rendijas hechas solo para el paso de las pequeñas.

Cortado o rebanado.

Las papas peladas son cortadas en rodajas o rebanadas de 1/15 a 1/25 pulgadas por una

rebanadora rotativa. (Se obtiene una media de 36 patatas por cada patata, cada rodaja se corta a

1,5 milímetros de grosor como medida estándar, aunque esto puede variar graduando la

máquina para el corte, dependiendo de las necesidades de la industria)

Lavado

Debido a la gran velocidad de la corriente de agua, la patata se lanza por la cuchilla. Gracias a

esta alta velocidad (aproximadamente 100 kilómetros por hora) se puede conseguir cualquier

forma que se desee.

Secado

Luego de que se lavan las patatas en agua fría durante un minuto y posteriormente pasan por

un túnel de secado para eliminar el exceso de agua.

Fritura.

Este equipo incluye freidoras calentadas por tuberías de inmersión de gas así como de unidades

suministradas por cambiadores de calor externo. Hay un sistema transportador especial que

empuja cualquier rebanada flotante debajo de la superficie del aceite y disminuye su avance

hasta que ellos reciban suficiente tratamiento de calor.

SE frieran las patatas a una temperatura de 175º C . Al freír las patatas a altas temperaturas,

superando los 175º centígrados, se calientan tan deprisa que no tienen tiempo de absorber

humedad y así ofrecen una textura crujiente de grano fino. Esto dura 3 minutos en la freidora lo

cual garantiza que las papas salgan crujiente a un punto agradable al paladar.

Transportador de enfriamiento

Una vez fritas es necesario escurrir las rodajas de patatas, proceso que se realiza durante su

transporte a través de una cinta de rejilla larga.

Maquina Eliminadora de papas quemas.

En este proceso se encarga una maquina la cual tienes un software encargado de detectar por

medio de sensores lo cual para captar la imagen en color se necesitan varios sistemas de filtros

de color en el sensor de imagen.

Luego de captar la papa quemada este se encarga se succionarla la papa defectuosa.

Máquina rociador de condimentos.

Esta máquina seguidamente le incorpora la sal.

De nuevo se somete a las patatas a un proceso de selección que eliminará aquellos chips que

presenten manchas y que no resulten agradables a la vista del consumidor. Las patatas

seleccionadas pasarán por una última fase antes de ser pesadas empaquetadas y distribuidas, en

esta fase se le añaden los aromas y condimentos que permiten ofrecer patatas al jamón, a la

barbacoa, a la pimienta, con orégano, etc.

DETALLES DEL FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO

MANUAL DE USUARIO.

El operario antes de dar marcha primero debe de tener todos los tanques llenos, tales que son el

de agua los cuales son dos: uno para el lavado de las papas y otro para el lavado de las papas

después de ser cortadas.

Debe de verificar que la freidora tenga aceite y que el tanque de saborizante este lleno, que en

nuestro caso es el tanque de la sal.

Dado que si no se cumple estas condiciones no se podrá dar marcha por que son requisitos para

empezar a producir papa fritas.

Luego de verificar lo antes mencionado se podrá dar marcha con el pulsador (%I1) y en caso de

emergencia para querer parar la producción contamos con (%I2)

Tanque de papas (Tolva)

El tanque de papas de dos toneladas y medias tiene sensores de nivel (sensor capacitivo para

sólidos) este nos indicara tres niveles que por medio de la Analógica en el proficy Machine

Edition se la simulo, este nos va a indicar un nivel lleno con (%Q1) un nivel medio (%Q2) y un

bajo con (%Q3), la tolva debe de estar llena para comenzar el proceso de abrir su compuerta.

Esta valido para que si el usuario si quiere comenzar el proceso con el nivel de papas medio,

una compuerta manual (%I6).

La compuesta se abrirá solo cuando se valida lo siguientes:

El nivel de los dos tanques de agua estén en alto esto nos lo indica los dos sensores

capacitivos de los respectivos tanques se representa esto con el encendido de (%Q33).

El nivel de Aceite sea el adecuado esto nos lo indica el sensor de nivel óptico tienen

capacidad para actuar en líquidos que se encuentran a altas temperaturas.(%I3).

Al cumplirse que los tanques de agua estén llenos y el de aceite también, se manda a

indicar por medio de una (%Q9).

El nivel de temperatura del Aceite debe de esta entre 175 grados centígrados y 190

grados centígrados esto nos lo indica (%Q5).

Luego de detectar si el nivel de la tolva esta en alto se manda a prender todas las

maquinas transportadoras de la ultima hasta la primera.

Después de suceder todo esto se abrirá la compuerta de la tolva la cual se visualiza con (%Q4).

Lavadora

Después de abrir la compuerta caen las papas en una banda transportadora de rejillas

(%Q11). Para que caiga la tierra de ellas, luego se activa un sensor Fotoeléctricos

colocado a la mitad de la banda transportadora 1, este sensor va a indicar que hay papas

en la banda y por ende manda encender la máquina de lavado (Motor que hace girar una

cuba grade con cepillos) (%Q23) Y la válvula 1 (%Q22).

Reservorio de Agua 1

Este está compuesto por sensores capacitivos de nivel el cual nos indica si está lleno o medio o

vacio que es un nivel crítico, la %I26 (On=lleno Off=medio) y la %I32 ( On= nivel crítico

bajo).

Cuando percibe el nivel medio manda a encender una bomba %Q38 la cual va a suministrar el

tanque de Agua1

Peladora de Papas

Las papas que pasan por la banda transportadora 2 %Q12 lleva a la cortadora ,en medio de ella

se encuentra un sensor Fotoeléctricos que indica que si hay papas para cortar %I8, cuando este

indica que hay papas próxima a la peladora manda a encender la peladora %Q25.

En el caso que el sensor deje de percibir papas se activara unos 4 minutos de espera si es que

detecta papas caso contrario se apagara.

Separadora de papas

Pasa anteriormente por la banda transportadora 3 %Q13 la cual une la salida de la

peladora con la entrada de la separadora.

Esta máquina hace que las papas pequeñas caigan y no sean utilizadas para este proceso,

por medio de unas hendiduras y barras inclinas que empujan las papas grandes.

Las papas que caen se las utiliza para el proceso de papas cortadas listas para freírlas

cuando las compre el usuario.

El encendido de esta máquina está condicionado si es que las bandas trasportadoras

siguientes todas están encendidas, entonces se prendera la Separadora %Q27 , esto

indica que el motor de dicha maquina esta activo.

Cortadora

Después de la separadora las papas pasan por la banda transportadora4 %Q14 y luego a la

banda transportadora 5 %Q15 la cual es una en forma de espiral con pequeñas cavidades exactas

para las papas promedio elegidas por el separador esta banda transportadora es lenta dado que

vas a caer poco a poco las papas en la cortadora %Q29, la cortadora es graduada para hacer un

corte 1/15 de pulgada.

Para realizar el corte de las papas se encuentra presente un sensor Fotoeléctricos en la banda

transportadora 5 %Q15 que al estar presente las papas subiendo se encenderá la cortadora .

En caso de no percibir papas se espera 4 minutos antes de que se apague la cortadora.

Baño de las papas cortadas

Esta se enciende simultáneamente con la cortadora dado que el cortado es inmediato y caen en

un canal de agua donde se lavan las papas cortadas

El encendido del baño se lo conoce con la apertura de la válvula 2 %Q35, pero debe de

estar el Reservorio de agua en un nivel alto o medio, no critico dado que se cierra la

válvula y la maquina cortadora y por ende todo de ahí en adelante.

Reservorio de Agua 2

Este es un tanque de agua el cual tiene sensores capacitivo de nivel el cual nos índica si está

lleno o medio o vacio que es un nivel crítico, la %I27 (On=lleno Off=medio) y la %I33 ( On=

nivel crítico bajo). Cuando percibe el nivel crítico manda a una alarma %Q41

Cuando percibe el nivel medio manda a encender una bomba %Q28 la cual va a suministrar el

tanque de Agua1

Escurrido

Este proceso se realiza cuando está pasando por la banda transportadora 6 %Q16 dado que la

maquina está colocado encima de ella con una secado que ocupa la mitad de ella, para el

encendido del escurrido %Q44 se coloco un sensor Fotoeléctricos %I10 a la entrada de la banda

transportadora 6 la cual indica que si hay papas próximo a la máquina de Escurrido.

Freidora

La freidora es la primera en encenderse y la ultima en apagarse, la condición de encenderse es

que el tanque de Aceite este lleno %I3 lo cual después de la marcha se encienden las calderas 1

y 2 %Q51 y %Q52, estas calientan el aceite el nivel de temperatura se lo manipula por medio

de sensores de nivel resistivos que censa si esta baja la temperatura o en alta temperatura , nos

indica si la temperatura es adecuada con la salida %Q5, en caso de bajar la temperatura se

enciende una caldera auxiliar %Q8 y en caso de subir se apaga una caldera.

Al encender la freidora se enciende un motor giratorio %Q42 el cuan hace circular el aceite de

un extremo al otro, también se encenderá una banda transportadora de la freidora pero esta se

encendió secuencialmente en conjunto con las demás banda.

La freidora consta con un filtrado automatizado del aceite pero dado que el aceite no se puede

filtrar mucho y su tiempo de uso es limitado se añadió una %I11 la cual hace poner en pausa

todo lo anterior a la freidora para hacer el cambio de aceite, este proceso no se hace mucho dado

que el filtrado de dicho aceite puede durar en la jornada de trabajo del día.

Maquina Eliminadora de papas quemas.

Este proceso se encuentra fijado en la banda transportadora 7 %Q17

En este proceso se encarga una maquina la cual tienes un software encargado de detectar por

medio de sensores %I12 lo cual para captar la imagen en color se necesitan varios sistemas de

filtros de color en el sensor de imagen.

Luego de captar la papa quemada este se encarga se succionarla la papa defectuosa por medio

de motor Aspiradora, esto se indica por medio de %Q48

Ionización

Este se coloca encima de la ultima banda transportadora 8 %Q18, antes de la máquina de

ionización se encuentra un sensor Fotoeléctricos %I18 el cual indica cerca de la maquina si hay

papas la cual indica que se abra la válvula en conjunto con el motor vibrador %Q50 que esparce

las sal cuando las papas pasen

El tanque de ionización tiene sensores capacitos en cual indica en qué nivel esta, su si esta en

alto %I4 (On= alto, Off= medio) y %I38 (On= nivel bajo critico).

Apagado

Si los todos los sensores de papas están en off y si el nivel de papas de la tolva es vacio

o bajo en nuestro caso se apagara todo el proceso.

Protecciones

Todos los equipos tienes protección, sus térmicos respectivamente.

INFORMACIÓN GENERAL DEL PROCESO.

DIAGRAMA DE FLUJO.

DIAGRAMA DEL PLC

P L

C

Encendido

Paro

%I1

%I2

%I3

%I4

%I5

%I6

%I7

%I8

%I9

%I10

%I11

%I12

%I13

%I14

Saborizante ionización

Aceite tank

Compuerta Manual

Cambio gas

Sensor_Lava_papas

Sensor_pelapapa

Sensor _ cortadora

Sensor_Escurrido

Cambio_de_Aceite

Sensor_Quemadas

Sensor_ionizacion

Ol_Transp 1

%Q1

%Q2

%Q3

%Q4

%Q5

%Q6

%Q7

%Q8

%Q9

%Q10

%Q11

%Q12

%Q13

%Q14

%Q15

LLENO

MEDIO

BAJO

COMPUERTA_TOLVA

TEMPERATURA_OK

PROCESO_BIEN

MAQUINA_SIN_PAPAS

CALDER_AUXILIAR

CONDICION_TANQ_LLENOS

OK_BAN_TRANS

TRANS1

TRANS2

TRANS3

TRANS4

TRANS5

P L

C

%I15

%I16

%I17

%I18

%I19

%I20

%I21

%I22

%I23

%I24

%I26

%I27

%I28

%I29

%Q16

%Q17

%Q18

%Q19

%Q20

%Q21

%Q22

%Q25

%Q26

%Q27

%Q28

%Q29

%Q30

%Q31

%Q32

TRANS6

TRANS7

TRANS8

Ol_Transp2

Ol_Transp3

Ol_Transp4

Ol_Transp5

Ol_Transp6

Ol_Transp7

Ol_Transp8

Proteccion

_lavadora

Proteccion

_Peladora

Proteccion_

Separadora

Sensor_lleno

_vacio

Sensor_lleno

vacio_tanq2

Proteccion

_cortadora

Alarma_saborizante

Tank_saborizante

Saborizante_lleno

Valvula1

Peladora_On

Alarma_sensor

Peladora

Separador_ON

Bomba_Agua_

papasCortadas

On_Cortadora

Alarma_Cortadora

TanqueAgua1

TanqueAgua2

OL_Proteccion

_Bomba2

P L

C

%I30

%I31

%I32

%I33

%I34

%I35

%I36

%I37

%I38

%Q33

%Q35

%Q37

%Q38

%Q39

%Q40

%Q41

%Q42

%Q43

%Q44

%Q45

%Q46

%Q47

%Q48

%Q49

Tanques_llenos

_Agua

Valvula2_Agua

Alarma_Tanq1

Ol_Proteccion

_Bomba1

Ol_Proteccion

_escurrido

Nivel_critico

_tank1

Nivel_Critico_

Saborizante

Bomba1

On_Peladora_

Motor

Nivel_critico

_tank2

Ol_Proteccion_

Motor_freidora

OL_Proteccion

_Trans_freidora

Ol_Proteccion_

Motor_ionizacion

Ol_Proteccion_

Motor_Aspirador

Alarma_Tanque2

AlarmaTanque_1

_Critico

Alarma_Nivel

_Critico_2

Trans_Freidora

Escurrido

Alarma_Sensor

_escurrido

Cambio_de_Aceite

On_Separadora

Motor_Succionar

_quemadas

Alarma_Critico_

Saborizante

%A19

%A18

P L

C

%Q50

%Q51

%Q52

%Q55

Motor_ionizacion

Caldera1

Caldera2

Papas_en

_Trans_io

nizacion

DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA.

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN.

Una planta equipada con la maquinaria y equipo descrita anteriormente, operando un turno de

ocho horas diarias, 25 días al mes, podría ser capaz de producir

2000 Kg de papas fritas por día.

MATERIAS PRIMAS.

Sal

Papas.

Curry.(si desea papa con sabor)

Agua.

Aceite vegetal.

Especias.

REQUERIMIENTO DE MANO DE OBRA.

CLASIFICACIÓN DEL TRABAJO. N° DE PERSONAS.

Lavado. 1

Recorte. 1

Rebanado. 1

Fritura. 1

TOTAL. 4

3.4 MAQUINARIA Y EQUIPO.

ITEMS. N° DE MÁQUINAS. POTENCIA.

Tanque lavador. 1

Máquina lavadora. 1 1 HP

Pelador. 1 ½ HP

Mesa de recorte. 1

Rebanadora. 1 550 W

Transportador de lavado. 1 3 1/10 HP

Freidora. 1 1 ½ HP

Transporte y enfriamiento. 1 1 HP + 4 W

Rociador de condimentos. 1 ½ HP

LOCALIZACIÓN.

La planta procesadora de papas fritas, puede ser localizada en un lugar con suministros

abundantes de papa de calidad y donde haya una gran disponibilidad de transporte.

GASTOS GENERALES DE PLANTA.

Potencia eléctrica: 15 Kw.

Consumo de agua: 2,000 litros por hora.

Aceite fresco: 160 litros por día.

3.7 AREA DE TERRENO Y EDIFICIO.

Area total de la planta: 25m (largo) x 15m (ancho)

Área de la línea de producción: 300 m2.

3.8 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA.

1. Almacén de materias primas.

2. Tanque lavador.

3. Máquina lavadora.

4. Pelado.

5. Recorte.

6. Transportador de lavado.

7. Freidora.

8. Transportador de enfriamiento.

9. Rociador de sazonado.

10. Empaque.

11. Almacén de papas fritas.

Diagrama del procedimiento.

1. Selección de Papas.

2. Lavado

3. Pelado.

4. Separacion de papas pequeñas.

5. Banda trasportadora a Cortadora.

6. Cortado.

7. Lavado de las patatas cortadas.

8. Escurrido.

9. freírlas.

10. separación de las papas quemadas y muy pequeñas (Manual)

11. Ionizado.

CONCLUCIONES

Se utilizaron varias herramientas de programación del PLC para el proceso de

elaboración de papas fritas, cuales son: temporizadores, contadores, manejo de

entradas; que en generan fueron los sensores, y el control de las salidas que son

las bobinas que representa: motores de trasportadoras, válvulas, bombas de agua,

y las alarmas.

Se logro de una forma general entender cómo se controlan los procesos de freír

papas en la industria a través del PLC.

Es necesario el uso de las protecciones en todas las etapas ya que estas

protecciones evitan la destrucción total de los equipos, así se evita pérdidas

materiales que involucra a la economía de la empresa.

Se usaron diferentes tipos de sensores como los capacitivos para los niveles de

los tanques, los fotoeléctricos para detectar la presencia de papas antes y después

del corte dado que estos son más sensible a la detección de objetos pequeños y

grandes, el sensor resistivo para detectar la temperatura del Aceiten dado que

se utilizo este por su gran aguante, y el sensor óptico el cual indica el nivel de

aceite por su gran manejo de altas temperaturas se eligió este.

La programación del PLC, requirió realizar de diagramas denominados:

diagramas de tiempo, en los cuales se describen de manera fácil y sencilla

cuándo y por cuánto tiempo estará activados o desactivados los diferentes

elementos de trabajo.

Para concluir podemos decir que el proyecto escogido tiene mucho retos tanto

de diseño como económico, pero sabemos que cualquier proyecto siempre es así,

y que con el paso del tiempo se volverá más común y barato, y que las partes

redituables fue que nos hace comprender mejor la manera en cómo se lleva a

cabo una automatización, ya que no siempre se requiere conseguir los

dispositivos necesarios para ello, sino diseñar un nuevo proceso en base al

anterior y de ahí observar que es lo que se requiere para que se pueda actualizar

el proceso y hacerlo autónomo.

RECOMENDACIONES:

El tipo de papas a utilizar como materia prima es vital, seleccionar papas con

bajo nivel de contenido de agua, como las tipo Bintje, u holandesas de cascara

fina. Aprenderá en la práctica, solo al corte reconocer.

Atender al lavado y cepillado en 65/80 rpm, atendiendo al tipo de papas y su

estado de almacenaje anterior.

Ya existen algunos mercados, que prefieren las papas fritas con cascaras,

(cascara fina) en este caso el lavado y sanitado debe ser redoblado.

Es de suma importancia sacar y descartar cualquier papa con síntomas o señales

de contaminación o no aptar al proceso, recordar que el fuerte de la propuesta es

papas fritas naturales.

también es necesario notar, que la papa no se puede exponer al ambiente, una

vez pelada debe ser colocada en baldes o bandejas con agua, hasta fritar.

aquí es aprovechable, poner una solución de limón como conservante natural

(acido cítrico), al 2,5 %. Antes del fritado, aumenta la vida en góndolas.

En las pequeñas fabricas se estila la aplicación de una solución de sal al 1.0 %

el que también actúa como preservante y en reposo ayuda a liberar agua.

se adiciona una solución de azúcar al 0.5% para conservar, acentúa el color

dorado y su textura crocante. Pero, para esto ultimo, es necesario testar la papa,

que debido a sus azucares reductores ya contenidos en la papa, pueden redundar

y hacer que la papa se queme, Es ahí donde reside la mano, los secretos y la

tecnología propia del micro industrial.

Cortadas las papas son lavadas en agua corriente para la retirada del exceso de

almidón en su superficie provocada por el corte, pero junto con eso se evita que

ellas se peguen al ser fritadas.

Para evitar que la papa se ennegrezca por la fritura, lo que ocurre con algunas

variedades, que contiene sus azucares reductores altos, se realiza un tratamiento

antioxidante a base de meta bisulfito de sodio con una solución al 02% de

preferencia a una temperatura de 60/70ºC. durante un periodo de 45-60

segundos.

La temperatura de fritado de las papas es del orden de los 180ºC. lo cual se

recomienda no ultrapasar los 195ºC sobre el riesgo de quemar las papas.

El tiempo de fritura es en promedio 2.5/3.0 minutos variando conforme la

espesura del corte y el tipo de papas utilizado. Haga siempre un teste de fritura

La fritura de la papa es realizado con aceites hidrogenados, NO usar aceites

líquidos, de preferencia de soja y algodón, los cuales ya contienen sus propios

antioxidantes que minimizaran sus efectos para la conservación en góndolas.