INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECANICA Y ELÉCTRICA PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN DEL FERMENTADO, HORNEADO Y EMPAQUETADO DE PAN DULCE T E S I S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN PRESENTAN GARCÍA ALVAREZ DIEGO LÓPEZ ALCAZAR AARÓN ALEJANDRO VAZQUEZ GARCÍA RAYMUNDO ELADIO ASESORES: ING. RICARDO HURTADO RANGEL. M. EN C. IVONE CECILIA TORRES RODRÍGUEZ. MEXICO, D.F. ENERO 2015
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL · 2017. 6. 15. · de las etapas de fermentado y horneado en tiempo real. Propuesta de Automatización del Fermentado, Horneado y Empaquetado del
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECANICA Y ELÉCTRICA
PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN DEL
FERMENTADO, HORNEADO Y EMPAQUETADO DE PAN DULCE
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
PRESENTAN
GARCÍA ALVAREZ DIEGO LÓPEZ ALCAZAR AARÓN ALEJANDRO VAZQUEZ GARCÍA RAYMUNDO ELADIO
ASESORES: ING. RICARDO HURTADO RANGEL.
M. EN C. IVONE CECILIA TORRES RODRÍGUEZ.
MEXICO, D.F. ENERO 2015
Propuesta de Automatización del Fermentado, Horneado y
Venta del pan mediante un mostrador………………………………..….17 Estantes de pan……………………………………………………………...18
Figura 2.1 Figura 2.2 Figura 2.3 Figura 2.4 Figura 2.5 Figura 2.6 Figura 2.7 Figura 2.8 Figura 2.9 Figura 2.10 Figura 2.11 Figura 2.12 Figura 2.13 Figura 2.14
Moldeado manual del pan…………………………………………………..20 Apariencia del pan después del horneado……………………………….21 La fermentación aumenta el volumen de la masa……………………….22 Masa pastelera (consistencia semilíquida)……………………………….24 Color y textura de la harina de trigo para pan……………………………29 Presentaciones de la levadura……………………………………………..31 Textura de la Manteca (grasa) utilizada en la elaboración de pan…….33 Plano de distribución de áreas de la panificadora………………………34 Diagrama de bloques del proceso de elaboración de pan…………….35 Diagrama de flujo del proceso de elaboración de pan…………………35 Cortadora de Palanca………………………………………………….…….39 Masa Moldeada………………………………………………………….……41 Horno de tipo columpios. Vista frontal, interior y del sistema de transmisión de movimiento……………………………………44 Selladora manual de bolsas………………………………………….……..46
Figura 3.1 Figura 3.2 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Figura 3.6 Figura 3.7 Figura 3.8 Figura 3.9 Figura 3.10 Figura 3.11 Figura 3.12 Figura 3.13
Factores que afectan a la velocidad de fermentación, en el proceso actual…………………………………………………………….…..48 Gráfica de relación Temperatura – Tiempo, en la Fermentación….……49 Gráfica Psicométrica, humedad en el Aire………………….…………….52 Cámara de Fermentación…………………………………………….……...53 Modelo HMT de JMIndustrial………………………………………….…….56 Modelo HygroFlex de Rotronic………………………………………….….56 Calefactor Radiante Eléctrico………………………………………….……60 Humidificador por atomización MCR15……………………………….…...63 Diagrama de bloques del Proceso de Horneado…………………….…..64 Termopar JMI 102……………………………………………………………70 Transmisor de Temperatura SEM 1500/TC………………………….……74 Válvula de Control Samson………………………………………….……..77 Corte de la Vista Lateral Derecha del Horno del Columpios……..……78
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Figura 3.14 Figura 3.15 Figura 3.16 Figura 3.17 Figura 3.18 Figura 3.19 Figura 3.20 Figura 3.21 Figura 3.22 Figura 3.23 Figura 3.24
Contactor LC1-K1210…………………………………………………….....80 Relevador LR2-K0316 tripolar………………………………………………81 Selladora de bolsas (circuito eléctrico)…………………………………..83 Circuito Eléctrico para análisis de mallas………………………………..85 Comportamiento de la corriente…………………………………………..86 Circuito Recortador de Onda……………………………………………...87 Voltaje vs Tiempo en el disparo del Diac………………………………..89 TRIAC 2N6071A………………………………………………………….…90 Diac DC34……………………………………………………………….…..91 Capacitor de poliester 224k……………………………………………….91 Vista Frontal de un PLC SLC500 de Allen Bradley……………………..94
Figura 4.1 Figura 4.2 Figura 4.3 Figura 4.4 Figura 4.5 Figura 4.6 Figura 4.7 Figura 4.8 Figura 4.9 Figura 4.10 Figura 4.11 Figura 4.12 Figura 4.13 Figura 4.14 Figura 4.15 Figura 4.16 Figura 4.17 Figura 4.18 Figura 4.19 Figura 4.20 Figura 4.21 Figura 4.22 Figura 4.23 Figura 4.24 Figura 4.25 Figura 4.26 Figura 4.27 Figura 4.28
DTI del Cuarto de fermentado…………………………………………….97 Interconexión de la instrumentación en el cuarto de Fermentado…… ……………………………………..………………………………………….98 DTI del Proceso de Horneado…………………………………………….99 Interconexión de la instrumentación y el elemento de control en el horneado……………………………………………………………...100 Diagrama de fuerza para el arranque, paro e inversión de giro del motor eléctrico………………………………………………………….101 Configuración Tarjetas Entradas y Salidas……………………………...102 Creación de un nuevo Program File en RSLogix500…………………..104 Diagrama Escalera de la manipulación del Movimiento de los Columpios …………………………………………………………………………..…….108 Diagrama Escalera de la etapa de Fermentado………………………...110 Diagrama electrónico para simulación…………………………………...111 Forma de onda medida en Multisim……………………………………...112 Circuito eléctrico armado en protoboard…………………………………112 Medición de la onda recortada con un osciloscopio……………………113 Vista de los paneles frontales y diagrama de bloques de LabVIEW…114 Creación de un Topic a partir de RSLinx OPC Server…………………116 Dirección local de los datos utilizados por el PLC………………………117 Comunicación entre LabVIEW y RSLogix500…………………………..115 Panel de programación de bloques en LabVIEW………………………119 HMI del movimiento de Columpios y Temperatura de Horneado……119 Diagrama de bloques en LabVIEW del Fermentado…………………...120 HMI del proceso de Fermentado………………………………………….121 Creación del Archivo de Emulación………………………………………122 Subrutina para mover I/0 a Bits…………………………………………..123 Programación de la HMI para simulación del fermentado……………..124 Programación de la HMI para simulación del horneado……………….125 Selección del OPC Client………………………………………………….126 Direccionamiento con OPC Read………………………………………...127 Envío de datos entre RSLogix500 y Matlab……………………………..127
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Figura 4.29 HMI de la Simulación de la manipulación de Temperatura……………..128 INDICE DE TABLAS. Tabla 2.1 Tabla 2.2 Tabla 2.3
Ingredientes y Cantidades para las variedades de masas………….…….37 Cantidad total de la masa antes y después del cortado………………….40 Temperaturas y tiempos de horneado………………………………………45
Tabla 3.1 Tabla 3.2 Tabla 3.3 Tabla 3.4 Tabla 3.5 Tabla 3.6 Tabla 3.7 Tabla 3.8 Tabla 3.9 Tabla 3.10 Tabla 3.11 Tabla 3.12 Tabla 3.13 Tabla 3.14
Datos Temperatura vs Tiempo (observados en imagen 3.2)…………….50 Relación de Temperatura y Humedad en un clima cálido al nivel del mar……………………………………………………………………….….52 Comparación entre Cámara y Cuarto de Fermentación…………………..54 Comparación entre equipos de medición de Humedad y Temperatura..57 Comparación entre calefactores radiantes eléctricos…………………….59 Comparación entre Contactores……………………………………………..61 Comparación entre humidificadores…………………………………………62 Comparación de las características RTD vs Termopar…………………...67 Tipos de Termopares………………………………………………………….68 Calibres de la unión bimetálica………………………………………………69 Comparación entre transductores…………………………………………...72 Comparación entre válvulas de control……………………………………..76 Mediciones en la selladora……………………………………………………84 Características entre el PLC SLC500 y S7-1200………………………..…92
Tabla 4.1 Tabla 4.2 Tabla 4.3 Tabla 4.4
Tags usados en el DTI del Fermentado………………………………….....97 Relación entre Setpoint y Unidades de Ingeniería……………………….106 Elementos y Tags en el movimiento del horno …………………………..107 Medición de parámetros en la Selladora…………………………………..113
Tabla 5.1 Tabla 5.2 Tabla 5.3 Tabla 5.4 Tabla 5.5
Costos de instrumentación ………………………………………………….131 Costos para el controlador……………………………………………….….132 Costos de material……………………………………………………….…...133 Costo total del Proyecto……………………………………………………..134 Costo generalizado……………………………………………………….…..135
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RESUMEN.
Este proyecto presenta la propuesta de automatización de las etapas de fermentado,
horneado y empaquetado del proceso de elaboración de pan dulce. El principal objetivo
de este trabajo es implementar tecnología de automatización en una panificadora con
11 años de experiencia en el sector alimentario, para mejorar la calidad del producto,
reducir costos, acortar tiempos de proceso, aumentar la producción y disminuir
residuos, lo que reflejará un aumento considerable en las ganancias del negocio.
La automatización realizado en la etapa de fermentado, reflejara dos ventajas
primordiales. La primera es lograr respetar al pie de la letra la receta para la
preparación de la masa, asegurando que el pan tenga el sabor debido. La segunda es
aumentar la velocidad con la que se lleva a cabo este proceso, ya que se podrá realizar
hasta 3 veces más rápido en relación al tiempo promedio que tarda en efectuarse
actualmente.
Para la parte de horneado, simplificar la tarea de introducir y sustraer las charolas del
horno manipulando la posición de estas y en cierto modo el tiempo, y asegurar que
durante esta etapa se tendrá siempre la temperatura exacta necesaria para la correcta
cocción de la masa a pesar de perturbaciones externas, son propuestas detalladas en
este trabajo.
Para la etapa de empaquetado del producto, se eliminara el residuo de bolsas que
pudieran ser mal selladas o quemadas.
Finalmente, se propone la instalación de una interfaz hombre máquina, con la que se
tendrá la opción de manipulación remota y monitorización de las variables de proceso
de las etapas de fermentado y horneado en tiempo real.
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ANTECEDENTES.
La propuesta de automatización de este proceso nace a partir de la necesidad de
mejorar la calidad, la higiene y la producción de pan dulce en una pequeña panificadora
familiar ubicada en Ecatepec de Morelos, Estado de México.
Este negocio empezó a operar en noviembre del 2002, contando con un total de 4
panaderos los cuales se encargaban de alcanzar una producción diaria de 1000 piezas
de pan (de 3 variedades diferentes).
En los inicios el local donde se panificaba el producto contaba solamente con 2 hornos
de gaveta con capacidad para 6 charolas cada uno, una batidora industrial, una
mezcladora, una cortadora, 4 espigueros y 150 charolas.
Actualmente la panificadora cuenta con 3 hornos de gaveta, 3 batidoras, 2
mezcladoras, 1 cortadora, 11 espigueros y 500 charolas. La producción ha aumentado
considerablemente a cerca de 4500 piezas de pan diarias (en 15 variedades
diferentes). Este pan es elaborado por un total de 15 panaderos.
La velocidad de producción se ve limitada, pues depende de la cantidad de panaderos
en turno, de sus habilidades con la masa y del tiempo de fermentado. Por lo cual
aumentar la cantidad de piezas producidas significaría contratar más personal, lo que
reflejaría una desventaja económica para el negocio.
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
La velocidad de producción dentro de la panificadora depende primordialmente de la
rapidez con la que se efectué la fermentación de la masa. El fermentado es la etapa
más larga del proceso de panificación. Esto crea un cuello de botella en la secuencia
del proceso; ya que no importa que tan rápido moldeen la masa los panaderos, puesto
que, deberán esperar a que esta se fermente para poder iniciar la etapa de cocción.
Por otra parte, la calidad del producto terminado, tanto en consistencia, apariencia y
sabor depende totalmente de la temperatura y tiempo de horneado al que se someta la
masa. Establecer estos parámetros no es suficiente, pues en ocasiones se presentan
perturbaciones externas que modifican directamente a la temperatura dentro del horno,
lo que conlleva a que el pan pueda modificar sus características principales, como no
quedar completamente cocido o caso contrario, quemarse.
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JUSTIFICACIÓN.
El negocio de la panificación resulta interesante. Las materias primas son de fácil
obtención, el proceso resulta sencillo a comparación de otro tipo de industrias en donde
la complejidad del mismo lo hace costoso en su inversión y/o peligroso para el hombre.
Al ser un alimento sumamente consumido por la sociedad, dedicarse a su elaboración
resulta rentable, ya que existe un gran número de clientes potenciales en cualquier
lado del país. Su venta en la mayoría de los casos se da en “mostrador” en donde el
cliente acude a un lugar específico para hacerse del producto.
En contraparte, competir en este mercado resulta complicado, ya que la clave del éxito
se encuentra totalmente enfocada a la eficiencia del proceso. Acortar el tiempo de la
elaboración, reducir la mano de obra, suprimir los residuos materia prima y aprovechar
al máximo los recursos energéticos son factores que se ven reflejados directamente en
el precio que tendrá el producto. La calidad, la higiene y el sabor son ventajas
importantes para obtener la preferencia de los consumidores.
De acuerdo a las características del proceso, la elaboración de pan se puede dividir en
dos partes, tomando como criterio el área de conocimientos de ingeniería necesarios
para automatizarlo. La primera etapa comprendida por la recepción y mezclado de
ingredientes, la revoltura, el cortado y el moldeado de la masa requiere de
implementación de sistemas mecánicos y de transmisión de movimiento. La segunda
etapa que engloba el fermentado, el horneado y empaquetado del producto está más
enfocada al área de la automatización de variables e instrumentación.
Por tales razones, este trabajo solo propone la automatización de la etapa final del
proceso de elaboración de pan.
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Esta será la base de un proyecto a largo plazo que buscará la automatización del
proceso completo de panificación, abarcando desde la recepción de las materias
primas hasta el empaquetado del pan.
En esta propuesta de automatización se pretende usar un Controlador Lógico
Programable (PLC) de tipo modular, que será capaz de adaptarse al futuro crecimiento
del proceso, y además permitirá integrar los elementos de medición requeridos cuando
se implemente la automatización de la primera parte del proceso.
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OBJETIVOS.
Objetivo General.
Proponer un sistema de automatización para el fermentado, horneado y empaquetado
de pan dulce integrando instrumentación industrial con elementos finales de control por
medio de un controlador lógico programable para mejorar la calidad del producto,
reducir desperdicios para aumentar la producción y disminuir los tiempos del proceso.
Objetivos Particulares.
Especificar y seleccionar de los elementos de medición, control y transmisión en
base a las necesidades del proceso para implementar y reducir tiempos
aumentando así la producción de pan dulce.
Realizar la manipulación de las etapas del proceso a automatizar por medio de
un Controlador Lógico Programable (PLC) para manipular las variables de la
etapa de fermentación y horneado y comunicar a los programas para la
simulación y creación del HMI.
Diseñar una Interfaz Gráfica (HMI) usando el programa labVIEW para mejorar la
interacción entre el proceso y los panaderos y trabajadores de la panificadora.
Realizar la simulación usando el programa MatLab para simular el horno y usar
el OPC server del rslogix para comunicar con los programas rslogix y LabVIEW.
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ALCANCE.
Desarrollar la propuesta para la automatización de las diferentes etapas en la
elaboración y empaquetado de pan a bajo costo. Estas etapas son las de fermentado
de harinas, horneado del pan y empaquetado en sus diferentes presentaciones.
En la fermentación se desarrollara una cámara de fermentado manipulando las
variables de temperatura y humedad para disminuir el tiempo de fermentado, en ese
tiempo se aprovechara la mano de obra y se producirá más pan dulce y satisfacer la
demanda en tiendas y lecherías del área metropolitana.
En el horneado se manipulara la temperatura para que el panadero se centre en las
demás áreas de la panificación y para ello se desarrollara una HMI, en el cual indicara
la temperatura, el tiempo que ha transcurrido y si lo desea el panadero a que tiempo se
detenga, y la visualización del movimiento de los columpios del horno.
En el empaquetado se creara un circuito electrónico para optimizar la actividad de
empaquetar las diferentes piezas de pan dulce
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1 CAPITULO I
MARCO TEÓRICO.
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1.1 ESTADO DEL ARTE.
1.1.1 Orígenes y evolución del pan
La producción de harina data del período neolítico, en el cual ésta se obtenía a partir de
la papilla que resultaba de machacar el trigo con piedras planas, para poder elaborar
unos panes duros y chatos en forma de galletas. Las primeras noticias que se tienen
sobre este manjar se remontan a Babilonia. Se sabe que en Mesopotamia se consumía
una masa preparada con cereales machacados y molidos.
En el antiguo Egipto (3000 a.C.), se desarrolló la técnica de cultivo del trigo a lo largo
del valle fértil del río Nilo. Los egipcios descubrieron la fermentación e inventaron el
primer horno para cocinar. Por lo tanto, fueron los primeros en elaborar un pan
parecido al que se realiza en la actualidad. Se conocen hasta quince palabras para
designar distintas variedades de panes y pasteles en Egipto, según las variedades de
harina, el grado de cocción o los productos que se le añadían (miel, huevos, leche,
manteca, fruta, etc.).
Más tarde, en la Grecia clásica (500 a.C.), se perfeccionó la molienda y se consiguieron
harinas más refinadas. Para la molienda, los griegos separaban el grano de trigo
mediante el tamizado y, después, usaban dos piedras circulares planas: una fija -la
inferior- y una móvil -la superior-, que giraba. Surgió, así, la figura del panadero.
En el siglo II d.C., un escritor grecorromano describe hasta setenta y dos formas
distintas de hacer pan. Así, en un mercado griego podía encontrarse pan de centeno,
de salvado egipcio, de trigo negro o sarraceno, de avena y cocido en molde, al
rescoldo, entre dos planchas de hierro, a la sartén, amasado con leche, con especies,
etc. Hipócrates recomendaba el pan con especies o hierbas aromáticas y vinagre como
curativo.
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Durante el Imperio Romano (700 a.C.-500 d.C.), se siguió aumentando la calidad del
pan, al mejorar los cultivos de trigo y reemplazar las piedras de molienda manuales por
otras, más grandes, de tracción animal. En este período, el pan empezó a ser, y hasta
más allá de la Edad Media, un elemento distintivo de clases: los esclavos y los
campesinos comían pan negro y los patricios tomaban pan elaborado con harinas más
refinadas.
Los vikingos (700-1100 d.C.) llevaron la harina de centeno desde la península
escandinava hasta los territorios que conquistaban. Su pan era duro, chato y se
preparaba con un agujero en el centro.
En la Edad Media (1000-1500 d.C.), el pan se convirtió en un alimento básico y fue
necesario aumentar la producción. Así, surgieron las primeras panaderías. Todo esto
fue posible gracias a la rotación de los cultivos, que permitía mejores cosechas, y al
surgimiento de los molinos de agua y de viento. La religión cristiana está llena de
referencias y simbolismos relativos a este alimento.
A fines del siglo XVIII, llegan a México los primeros maestros europeos de panadería y
pastelería (franceses e italianos), que establecen los primeros negocios semejantes a
lo europeo, talleres donde el jefe de la familia es el maestro y sus hijos los pupilos.
En aquellos tiempos se amasaba en duernos, ya sea a mano o con los pies y se hacía
sólo pan blanco. Se trataba de masas de mala calidad y poco fermentadas.
Durante la Revolución Industrial (1750-1850 d.C.), con el crecimiento de la población,
fueron necesarios nuevos métodos de molienda y panificación. Las piedras se
sustituyeron por acero y los molinos empezaron a funcionar con motores eléctricos. [1]
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En 1880 había 78 panaderías y pastelerías en la ciudad de México y un sinfín de
indígenas que seguían haciendo sus productos en hornos calabaceros y vendiéndolos
en mercados.
Ya para el siglo XX, los habitantes de la Ciudad contaban con afamadas panaderías
como LA VASCONIA, que aún existe en nuestra capital. En los primeros años del siglo
XX, la mecanización de la industria panificadora se inició con el uso de mezcladoras
para pan blanco.
Hasta 1922 la panadería en México se caracterizó por la preponderancia del pan
blanco en los anaqueles de los expendios. De 1923 a 1950, aproximadamente,
empezaron a ofrecer bizcochería. Las panaderías no paraban. A la gente no le gustaba
el pan que no estuviera recién salido del horno, sobretodo el bolillo y la telera. Para
enfrentar la competencia los panaderos empezaron a ofrecer el bolillo calientito, para
que la gente lo prefiriera al otro que ya tenía varias horas de haber sido horneado y ahí
empezó la costumbre de sacar pan caliente cada 20 minutos.
El sistema de ventas durante muchos años fue de atención personalizada a través de
un Mostrador (figura 1.1), la gente solicitaba su Pan y un empleado lo colocaba en la
charola para posterior pago en caja.
Figura 1.1. Venta del pan mediante mostrador.
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En la década de los 50’s, un Industrial (Antonio Ordóñez Ríos), llegó a una de sus
Panaderías y decidió darle la vuelta al mostrador, permitiendo que el
cliente seleccionara y colocara su pan en la charola (figura 1.2), iniciando con ello “El
Autoservicio en Panaderías”.
Figura 1.2. Estantes de pan.
El cambio del despacho al autoservicio mejoró las ventas en las panaderías, la que
había sido una actividad reservada para las mujeres, se convirtió en una tarea a la que
ahora podrían también tener acceso los hombres.
El autoservicio en las panaderías significó una mayor importancia en los proveedores,
no solamente porque se incrementaron las ventas, sino porque también se inauguró la
exhibición de piezas.
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2 CAPÍTULO II
PROCESO DE
ELABORACIÓN DE
PAN.
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2.1 PROCESO GENERAL DE ELABORACIÓN DE PAN.
2.1.1 Elaboración de la masa, el horneado y el empaquetado.
La harina producida al moler los granos del trigo u otros cereales se mezclan con una
sustancia liquida que suele ser agua o leche y al conjunto así formado se le añade sal,
azúcar, materia grasa como la manteca o aceite vegetal, con el fin de conseguir una
miga blanda.
El amasado se realiza por medios manuales como se muestra en la figura 2.1, que
garantizan la preparación de una mezcla uniforme y el desarrollo del gluten. Durante
esta preparación se hace necesaria regular la temperatura de la masa.
Figura 2.1. Moldeado manual del pan.
Si se procediera a la cocción de la masa resultante de mezclar la harina y el agua, sin
más, se tendría una especia de torta aplanada y dura, el llamado pan ázimo. De poca
comestibilidad. Por esta razón se agrega levadura que son microorganismos que
producen la fermentación de la masa.[4]
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Una vez esponjado (duración de entre 2 a 3 horas), la mezcla se somete al proceso de
cocido en hornos. Operación en que se elimina el dióxido de carbono producto de la
fermentación. La capa superficial del pan se conoce como corteza, se endurece al
perder agua del exterior de la pieza. Esta evita la alteración del interior de la masa, la
cual retiene una proporción elevada de humedad que mantiene la miga blanda y
esponjada como se observa en la figura 2.2.
Figura 2.2. Apariencia del pan después del horneado.
Por su parte, la coagulación de sustancias proteicas como las albuminas hace que el
pan adquiera consistencia, el proceso de cocido determina a sí mismo la eliminación de
restos de levadura, terminando así el proceso de fermentación.
Una vez cocido el pan, es enfriado al medio ambiente para después ser envuelto.
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2.1.2 Procesos de panificación.
Para la elaboración del pan se conocen diferentes procesos, estos aunados a las
condiciones de los recursos, las materias primas disponibles y los sistemas usados
determinan la calidad del producto final.
Todos los productos de panificación se clasifican en dos grandes grupos: Productos de
fermentación y productos de pastelería y panqueleria. Teniendo como principal
características las siguientes:
2.1.2.1 Productos de fermentación.
Se caracterizan por usar levadura como agente productor de bióxido de carbono;
mediante la acción de los azucares sobre la masa. Este gas es el responsable de que
el gluten en la masa crezca o se esponje causando la formación y el crecimiento de las
celdillas que se observan en lo que conocemos como migajón, las cuales se encargan
de dar la estructura del pan y aumentar su tamaño como se muestra en la figura 2.3.[3]
Figura 2.3. La fermentación aumenta el volumen de la masa.
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Durante la fermentación se producen otros compuestos que además de acondicionar la
masa le imparte a los productos terminados el aroma y el sabor característico del pan.
Dentro de esta división podemos ubicar los panes de caja, los productos de bollería, de
sal o dulces en toda su gran variedad de presentaciones.
2.1.2.2 Productos de pastelería.
Son productos obtenidos de hornear un batido leudado y emulsionado que contiene:
Harina, grasas, sal, azúcar, huevo, agua, polvo de hornear como principales
ingredientes.
El crecimiento del pastel se debe a la generación de gases (bióxido de carbono), y a la
evaporación de agua durante el horneado. Producto estos del polvo de hornear.
La calidad y el tipo del producto a obtener dependen de 3 factores básicos:
1. Los tipos y características de los ingredientes a utilizar.
2. Las proporciones o balance de uso de los ingredientes en formulación.
3. Los procedimientos y recursos usados en las operaciones de mezclado y
horneado.
El cambio sufrido en el proceso de horneo es fundamental ya que transforma un batido
semilíquido (figura 2.4) en un producto sólido, suave, poroso, aromático y de fácil
digestión y al mismo tiempo la formación de nuevas sustancias como azucares y
sustancias aromáticas. [4]
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Figura 2.4. Masa pastelera (consistencia semilíquida).
2.1.3 Métodos de elaboración del pan.
Existen varios métodos en la preparación del pan, con cualquiera de ellos el objetivo es
realizar un producto de buena calidad al menor costo posible. Entre estos métodos
están los siguientes: [4]
- Masas directas
- Esponja-masa
- Esponja-liquida
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2.1.3.1 Masas directas.
El método de masa directa es un proceso en donde se mezclan todos los ingredientes
al mismo tiempo.
Inicialmente los ingredientes se combinan para formar una masa poco cohesionada,
conforme el mezclado continúa la masa adquiere propiedades elásticas y comienza a
separarse de las paredes de recipiente de mezclado.
El mezclado es llevado a un punto en que la masa se vuelve tersa, seca en la
superficie y adquiere un carácter elástico óptimo.
Ventajas y Desventaja:
Las ventajas del método masa directa son:
a) Menores requerimientos en tiempo de elaboración, mano de obra, equipo y
energía.
b) Tiempo de fermentación menor.
Desventajas:
a) Se deben añadir grandes cantidades de levadura a la masa.
b) Al agregar levadura se modifica el sabor, olor y consistencia.
La principal limitante del método de masa directa es su relativa inflexibilidad con
respecto al tiempo de fermentación de la programación de la producción: la masa debe
procesarse cuando esté lista.
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2.1.3.2 Esponja masa.
En el método de esponja-masa, la mayor acción de leudación se lleva a cabo en el
fermentado llamado esponja, la cual es depositada en artesas y se deja fermentar en
una cámara a cuarto con condiciones de temperatura y humedad adecuadas. En la
preparación de la esponja se usa entre el 50 y 70% de la harina total de la masa, la
cual está sujeta a la acción de la levadura.
Una vez obtenida la esponja se combina con el resto de los ingredientes, todos estos
una vez mezclados conformaran la masa.
Los principales objetivos del mezclado de la esponja son:
El llevar a cabo el mezclado uniforme de los ingredientes hasta obtener una masa tersa
y homogénea, asegura la completa hidratación de las partículas de la harina y forma
suficiente gluten para retener el gas generado durante la fermentación (dióxido de
carbono), el cual permitirá un crecimiento en el volumen de la esponja conforme
progresa la fermentación.
Ventajas y Desventajas:
Como ventajas podemos considerar:
a) Niveles menores de levadura
b) Producto de mejor sabor, olor, mejor grano, textura y mayor vida de anaquel.
c) Proceso de masa aceptable y controlable en la programación de la producción.
Desventajas:
a) Si no se cuenta con una cámara de fermentado, el proceso se vuelve lento.
b) Se debe invertir en estas cámaras especiales de fermentado.
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2.1.3.3 Esponja líquida.
En la industria de la panificación los términos esponja líquida, preferente y caldo, son
empleados indistintamente para hacer referencia a la fermentación de una mezcla de
ingredientes utilizando un sistema liquido; esto es, usar de un 45% a un 55% de la
harina total y el 100% de agua que se indica en la formula.
El objetivo de la preparación de una esponja líquida sigue siendo el mismo que para
esponja convencional: acondicionamiento bioquímico de una fracción del gluten y el
desarrollo de precursores del aroma y del sabor.
Este sistema tiene como objetivo principal “simplificar el proceso de esponja-masa por
medio de la sustitución de la esponja convencional por un líquido que pueda ser
manejado por medio de bombas facilitando su manipulación además de manejar
grandes cantidades de esponja en espacios relativamente pequeños.”
2.1.4 Principales ingredientes y su funcionalidad.
Como principales ingredientes que intervienen para la preparación del pan tenemos: [4]
Harina de trigo.
Agua.
Levadura (leudante).
Sal.
Grasas (manteca).
Leche.
Aditivos.
A continuación se hace mención a sus principales características, así como la función
que desempeñan:
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2.1.4.1 Harina de trigo.
La harina es un componente producto de la molienda del trigo con un alto contenido de
proteínas y que sirve como estructurador, también contiene almidón; este también
ayuda a la estructuración por sus cualidades de gelatinización, esta se lleva a cabo en
el horno y consiste en que los granos de almidón al deshidratarse forman primero una
especie de pasta que por la acción del horneo se vuelve sólida dando origen de esta
manera a la miga del pan.
Algunos de estos almidones durante la fermentación producen azucares, los cuales
sirven de alimento a la lavadura, influyen en el color de la corteza del pan, y la levadura
al consumir azúcar libera bióxido de carbono e interviene en el volumen y el tamaño de
las celdas de la miga del pan.
La molienda del grano del trigo, consiste básicamente en la separación del salvado y el
germen, quedando el endoesperma, el cual al pasar por una serie de moliendas
permite obtener la harina.
Existen varios tipos de trigo y por consecuencia varios tipos de harina estas son
conocidas por el producto final que se obtiene, esta puede ser harina panadero
(mostrada en la figura 2.5), galletera, pastelera y para pastas.
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Figura 2.5. Color y textura de la harina de trigo para pan.
Las principales características de la harina son como: contenido de proteínas,
contenido de grasas, contenido de humedad y algunas otras determinan el uso al que
se destinara y que la harina sea más o menos adecuada para la panificación.
Normalmente se emplean mezclas de distintos tipos de harinas para complementar sus
cualidades en un nivel normal y un alto valor alimenticio.
Debe ser capaz de formar una estructura adecuada al tipo del producto; la harina para
pan de fermentación debe tener:
Fuerza: es decir debe ser capaz de retener en las celdillas que forman la
estructura interna de la masa el bióxido de carbono producido durante la
fermentación.
Absorción: es el término que se emplea para denominar la capacidad que una
harina tiene de retener agua en el proceso de mezcla para lograr una masa
físicamente manejable en el resto del proceso buscando la producción de pan de
buena calidad.
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Vejez: este factor determinado por el tiempo que ha transcurrido desde la
molienda del trigo hasta el empleo de la harina; varía algunas propiedades de la
harina como la absorción y la fuerza por lo cual se recomienda, de ser posible,
un mes de almacenamiento de reposo aproximadamente de las harinas
empleadas para pan de fermentación, independientemente del reposo que
deberá tener el trigo antes de la molienda.
El almacenamiento de la harina debe hacerse cuidando algunos factores importantes
como: temperatura, humedad, ventilación, limpieza y disposición.
2.1.4.2 Agua.
Es otro ingrediente principal en los procesos de fabricación de pan que actúa de las
siguientes formas:
Propicia la formación de la estructura de la masa mediante la hidratación que
causa al mezclarse con los componentes de la harina principalmente con la
glutelina.
Regula la consistencia de la masa según su proporción en la mezcla.
Ayuda a mezclar y disolver los ingredientes de las mezclas permitiendo la
dilución.
Su temperatura influye de manera muy importante en la resultante de la masa, y
por lo tanto, se alimenta o dosifica a temperatura controlada (generalmente fría),
para obtener la temperatura ideal.
Ayuda a la transformación del almidón.
Propicia la fermentación.
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El agua empleada en el proceso debe ser ligeramente acida (pH agua purificada entre
6.5 y 7) y desde luego potable, con dureza (entre 76 y 150 ppm) apropiada para la
suavidad final del producto a obtener.
Ayuda a determinar el volumen final del producto mediante la hidratación de las
proteínas de la harina y la formación del gluten que dará la estructura interna del pan.
2.1.4.3 Levadura (leudante).
La principal función de la levadura es la de leudar (hacer crecer) al producto, mediante
la fermentación: este proceso es de naturaleza bioquímica y tiene lugar gracias a la
actuación de una serie de sustancias denominadas enzimas o fermentos que
transforman una parte de la fécula de la harina en glucosa(un azúcar sencillo), alcohol
etílico y bióxido de carbono (CO2), el cual es un gas, y al residuo, hace que se forme un
gran número de pequeñas burbujas que determina el crecimiento de la masa. La
levadura para pan es un vegetal unicelular del grupo de las talofitas. Se puede
encontrar en su forma fresca (sólida) y deshidratada (polvo) como se indica en la figura
2.6.
Figura 2.6. Presentaciones de la levadura.
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Los ácidos producidos acondicionan al gluten y contribuyen al sabor del pan, la
producción de alcohol es lo que proporciona el aroma, además de ayudar al leudado a
evaporarse durante el horneo.
2.1.4.4 Sal.
La función más importante de la sal es el mejoramiento del sabor del pan. El sabor de
la misma sal no es muy deseable, por lo general, pero tiene la propiedad de acentuar
los sabores, además nos sirve como auxiliar en el control de la fermentación; la sal
retiene el agua y en la masa la absorbe de la levadura, controlando así la fermentación.
Contribuye al endurecimiento del gluten, ya que une a las proteínas del mismo
endureciéndolo y dándole más tolerancia al trabajo mecánico. La sal tiende a absorber
agua y seca ligeramente a la masa ayudándole a que no sea tan pegajosa.
2.1.4.5 Grasas (manteca).
Las mantecas actúan como lubricantes en la expansión de las celdillas de la masa y
por lo tanto ayudan al volumen, además contribuyen a la estructura de la miga
mejorando la estructura final del producto, haciéndolo más suave, mas comestible y
más sabroso.
Hay distintos tipos de grasas disponibles en la panificación y cada uno de ellos
adecuados a distintos tipos de productos de acuerdo a sus características de sabor,
olor, color, facilidad de oxidación (rancidez) y punto de fusión. La manteca tradicional
mostrada en la figura 2.7 es una pasta semisólida de color claro muy parecido a la
mantequilla de cocina.
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Figura 2.7. Textura de la Manteca (grasa) utilizada en la elaboración de pan.
2.1.4.6 Leche.
La leche se utiliza principalmente para enriquecer el producto, esto es hacerlo más
nutritivo, por su alto contenido de minerales, vitaminas, proteínas, azucares y grasas
que ayudan a mantener una buena salud.
Los sólidos de la leche contienen “lisina”, que es un aminoácido esencial que no posee
el trigo, así mismo, contribuye a endurecer el gluten por el contenido de calcio, posee
un efecto regulador o modulador de pH por las proteínas que contiene.
2.1.4.7 Aditivos.
Todos los ingredientes antes mencionados deben reunir ciertas características en
grado determinado, pero esto en la práctica es muy difícil que se logre; por lo tanto, se
hace necesario el empleo de sales antioxidantes, vitaminas y harinas especiales que
contribuyen a distinguir los productos haciéndoles más atractivos y comestibles.
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2.2 ELABORACIÓN DE PAN EN EL PROCESO ACTUAL.
La panificadora que se desea automatizar actualmente cuenta con 10 trabajadores que
se encargan de elaborar en su totalidad el pan. Está ubicada en Avenida Santa Prisca,
San Agustín 2ª sección, Ecatepec de Morelos, Estado de México. Cuenta con una
distribución de áreas acorde a la figura 2.8, donde se aprecian el lugar donde se lleva a
cabo cada una de las etapas de la elaboración de pan.
Figura 2.8. Plano de distribución de áreas de la panificadora.
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El proceso de elaboración se divide en diferentes etapas las cuales se explicaran
detalladamente a partir de los siguiente diagramas de bloques y flujo (figura 2.9 y 2.10).
Figura 2.9. Diagrama de bloques del proceso de elaboración de pan.
El proceso comienza adquiriendo la materia prima con la que se elaboraran las masas.
Después son almacenadas para su posterior uso.
Figura 2.10. Diagrama de flujo del proceso de elaboración de pan.
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2.2.1 Recepción y Almacenamiento.
La materia prima para realizar la panificación se compra directamente con un
proveedor de materias primas y se almacenan en un cuarto especial. Es importante
mantenerlos en un ambiente libre de humedad, para evitar que absorban el agua del
medio ambiente y cambie la textura y sabor del producto que se elabore con ellas.
Los costales de harina con 40kg de capacidad se almacenan sobre una mesa de
amasado cercana a la mezcladora, estibándolas de manera vertical uno junto de otro.
Otros ingredientes como la grasa comestible, la manteca, la margarina, el azúcar
estándar y el azúcar glass se guardan en un pequeño anaquel bajo la mesa principal
de amasado.
El agua purificada se consigue en garrafones de 20 litros de capacidad, se almacenan
de igual manera sobre la mesa junto a los costales de harina.
2.2.2 Pesado de los Ingredientes.
El pesado de los ingredientes sólidos para proceder a la mezcla se realiza en balanzas
con capacidad de pesaje de 10Kg. Aquí se pesan todas las materias primas excepto la
harina, que se vierte directamente en la mezcladora ya que la cantidad necesaria es
40kg, que es lo que contiene cada costal.
En la panificadora se elaboran tres tipos de masas diferentes: batido, biscocho y
polvorón. La cantidad de los ingredientes usados de cada uno de ellos se especifican
en la tabla 2.1.
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Tabla 2.1. Ingredientes y Cantidades para las variedades de masas.
Ingredientes/Tipo de
Masa Batido Biscocho Polvorón
Harina 40 Kg 4 Kg 9 Kg
Sal 400 g 100 g 200 g
Bicarbonato 400 g 190 g 90 g
Color Artificial 40 ml 30 ml 90 ml
Levadura 1.6 Kg 100 g 90 g
Mantequilla 8 Kg - -
Grasa 1 Kg - 5.4 Kg
Huevo 6.8 L 2.5 L 900 ml
Esencia 400 ml 200 ml 200 ml
Agua 13.2 L 2.5 L 1.8 L
Azúcar 9.8 Kg 3 Kg 4 Kg
Aceite - 3 L -
2.2.3 Mezclado de las materias primas.
En este proceso se comienza con el mezclado de ingredientes como harina, azúcar,
sal, levadura, grasa, huevo, agua, mantequilla, que es la base para formar cualquier
masa. Existen cuatro tipos diferentes de masas, (para batido, biscocho, polvorón y
galleta) de las cuales se obtienen las variedades de pan a elaborar.
De la masa denominada “biscocho” sale la mayor cantidad de pan como son: Colchón,
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profesionales como para personas con pocos conocimientos en programación pueden
hacer programas relativamente complejos, imposibles para ellos de hacer con
lenguajes tradicionales.
Protección IP.
La protección IP indica el grado de protección que tiene un equipo o dispositivo
eléctrico o electrónico (como sensores, medidores, controladores). Es una norma de la
IEC. Se conforma de dos dígitos, en los cuales el primero, indica la protección contra
sólidos, siendo el 0 el número que indica que no tiene protección y el 6 el máximo
grado de protección. El segundo digito muestra la protección contra líquidos, siendo el
8 el máximo valor posible.
EMULADOR.
Es un software que permite la reproducción de un programa buscando que este
funciones como si estuviese corriendo en el aparato original.
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APENDICE.
Válvula de control eléctrica con función de seguridad, homologada Tipo 3213/5825.
Aplicación Válvula de paso recto con accionamiento eléctrico con función de seguridad contra sobretemperatura o sobrepresión en instalaciones de calefacción. Diámetro nominal DN 15 a DN 250 · Presión nominal PN 16 a PN 40 · Temperatura hasta 220 °C 1 Cuerpo de la válvula 2 Asiento 3 Obturador 4 Vástago del obturador 5 Resorte de la válvula 6 Casquillo guía 7 Fuelle de compensación 9 Acoplamiento 10 Accionamiento
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