Mejoramiento de la eficiencia operativa de un tostador de granos y cereales andinos

INNOVATE
Se realiza mediante la incorporación de un sistema de control que permita regular el comportamiento del sistema

 

Autor: Ing. Luis García Zevallos – Pontificia Universidad Católica del Perú

El creciente interés por el consumo de alimentos nutritivos y saludables, producidos y procesados en forma natural ha fomentado la inclusión de granos y cereales de origen andino en la dieta de muchos peruanos y se vienen orientando hacia la exportación. Como parte de esta tendencia en el consumidor, la empresa Granos del Inka desde hace ocho años se dedica a proveer una oferta alimentaria con alto contenido nutritivo, como la producción de harinas y derivados de kiwicha, ajonjolí, quinua, trigo, maíz, soya, haba, entre otros. Granos del Inka, en su interés constante por mejorar la calidad de sus productos, decide modernizar sus procesos de producción para optimizarlos y estandarizarlos con la finalidad de proveer al público alimentos sensorialmente agradables y con alto valor nutritivo. Entre los procesos que se desarrollan para la elaboración de las harinas se encuentra el tostado de los granos, el mismo que es un punto crítico por su influencia en la calidad nutritiva del producto final, así como en su sabor y aroma. Por esta razón, la empresa apuesta por la automatización de su tostador semiindustrial, la implementación de esta mejora fue desarrollada por un equipo de investigación de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), contando además con el cofinanciamiento del Programa Nacional de Innovación para la Competitividad y Productividad (Innóvate Perú) del Ministerio de la Producción, al que la empresa accedió luego de ser uno de los ganadores del 11º Concurso de Proyectos de Innovación para Microempresas – PIMEN.

El tostador original está construido de acero inoxidable y cuenta con un tambor horizontal en cuyo interior se tuestan los granos, el tostado requería de la supervisión constante de un operario, tanto para encendido del motor, quemadores, apertura de válvulas de gas, etc., como para la toma de muestras las cuales debían realizarse periódicamente para verificar el nivel de tostado del grano. Al finalizar el proceso se debe verter los granos hacia una bandeja de acero perforado para un enfriamiento estático a temperatura ambiente.

Antes de proceder con la automatización del tostador se determinó el contenido proteico y algunas propiedades fisicoquímicas, entre ellas el color, permitiendo establecer la calidad nutritiva y sensorial de los granos antes y luego del tostado en el proceso original, fijando ciertas características referenciales para los granos tostados (nivel de tostado y/o quemado) para implementar las mejoras.

Para la automatización del tostador se incorporó un sistema de control basado en un controlador lógico programable (PLC) con interfaz gráfica (HMI), además de sensores de temperatura, sensores de presión, electroválvulas proporcionales, un sistema de encendido automático basado en electrodos de ignición y un variador de frecuencia para el control de la velocidad del motor. También se realizaron cambios de elementos cuyo desempeño era ineficiente, tal como el motor trifásico de 1 HP en reemplazo de uno de 1/2 HP cuyos bobinados mostraban signos de sobrecarga y un quemador de acero inoxidable, de mayor durabilidad que el antiguo quemador de hierro, el cual cuenta con zonas de quemado independientes. Asimismo, forma parte de la solución, un módulo de enfriamiento dinámico que consiste en una tina de acero inoxidable con paletas giratorias en su interior y cuya función es mantener a los granos en movimiento luego de que estos hayan salido del tambor de tostado, con la finalidad de disminuir de forma rápida la temperatura remanente a menos de 80 °C para evitar el sobre tostado.

Granos Figura 1Figura 1. De derecha a izquierda: investigadora principal Ing. Karol Muñoz, asistente Ing. Mario Lupaca, asistente Ing. Diego Cárdenas, asistente administrativo Gladys Mendoza, coordinador General Hipolito Cusi, investigador Ing. Erick Alvarez, asistente Ing. Luis García.

La automatización del proceso de tostado permite al operario optar por dos modos de funcionamiento: (1) el modo manual, en el que desde el HMI se controla la apertura de las válvulas de gas, la velocidad de giro del motor y el tiempo de tostado; y (2) el modo automático, en donde el controlador toma las decisiones sobre el comportamiento del sistema a partir de una configuración preestablecida en una matriz de parámetros (temperatura, tiempos y velocidad) para las diferentes etapas de tostado; estos parámetros fueron determinados a partir de ensayos bajo la supervisión de operarios expertos.

El tostado automático considera una serie de etapas con la finalidad de primero, uniformizar la temperatura de todos los granos que pasan de temperatura ambiente a la de precalentamiento, una segunda etapa de mayor duración para quitar la humedad del grano y una etapa final de alta temperatura, pero de corta duración para el tostado superficial, que le da el aroma característico al grano. El control de temperatura se realiza por zonas, debido a que la geometría del tambor dificulta una temperatura uniforme a lo largo de su eje, siendo el controlador el que regule la apertura de las válvulas de gas de manera independiente. La duración completa del proceso de tostado está determinada por la matriz de parámetros, la cual fue configurada dependiendo del peso del lote de carga y del tipo de grano.

El sistema de control automático ha permitido estandarizar el proceso de tostado, reduciendo las mermas y uniformizando las características de los granos al término del proceso, de esta forma se logra mantener el valor nutricional del producto final. Además, con las mejoras se consiguió el uso eficiente del recurso humano en los procesos de tostado y enfriamiento, el cual se hace relevante para elevar la competitividad de la empresa, con ello se permite el aumento de la capacidad productiva con miras al plan de expansión que tiene Granos del Inka para los próximos años.

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