IJNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

C.B.1

LABORATORIO DE PROCESOS Y DISER0

ASESOR:

ALUMNOS: GABRIEL ESCAMILLA.,

RAYMüNDO SANTANDER MARTINEZ.

14 DE ENERO DE 1994.

147830 INDICE

SECCION I.- RESUMEN Y CONCLUSIONES.

. .. , . , .

SECCION 11.- EL PRODUCTO Y SUS CARACTERISTICAS.

SECCION 111.- EL ESTUDIO DE MERCADO.

SECCION 1V.- LOS TRABAJOS DE INVESTIGACION.

SECCION V.- RESULTADOS Y DISmO.

SECCION VI. PERSONAL NECESARIO.

SECCION VII. INVERION TOTAL.

INTRODUCCION

El cemento es en nuestros tiempos el material de

construcción más utilizado a nivel mundial en todo tipo de

edificación, ya que permite crear la infraestructura

necesaria, para realizar con eficiencia cualquier actividad

humana.

Los industriales mexicanos del cemento concientes de la

importancia que tiene este producto en el desarrollo de

nuestro país, se han preocupado por elaborar un producto que

compita a nivel internacional en calidad y precio, y el mismo

es elavorado en territorio nacional; atraves de los años, se

han venido realizando cuantiosas inversiones para incrementar

sustanciosamente la capacidad productiva, adquiriendo la

tecnología más avanzada, tanto en la maquinaria de produccibn,

como en los equipos de control de contaminación.

Instalaciones Actuales.

Las plantas cementeras de México, se encuentran localizadas de

tal forma que no exista ningún lugar en el territorio nacional

distante más de 400 km de una fabrica de cementa en la

actualidad se cuenta con 29 plantas. El crecimiento promedio

de la industria en los últimos 20 años, ha sido de 10.5 %

anual en la capacidad instalada y del 8.1 % en la producción

real.

SECCION 1

USOS PRINCIPALES.

El cemento es uno de los materiales más

utilizados en la industria de la construcción

mundialmente.

El cemento se emplea exclusivamente en el sector de la

construcción, ya sea incorporado como mortero en las

obras, ya sea modelado en forma de piezas

constructivas. La más importante de sus aplicaciones

radica en la construcciones de cemento armado.

Ya que permite crear la infraestructura necesaria para

realizar con eficiencia cualquier actividad humana.

Algunos Productos Del Cemento:

- Tubos de drenaje. - Pilotes. - Tabique. - Tubo de asbesto. - Puentes. - Pavimentos. - Algunos otros.

CONSUMIDORES PRINCIPALES.

- Compañías constructoras. a) De casa habitación.

b) De caminos y puentes.

c) De tabique.

d) De tubos.

e) Para uso domestico.

f) Otros.

La industria constructora es uno de los

consumidores potenciales del cemento.

En nuestro país

como son:

- Cemento Portland de México, S.A - Cementos Anáhuac, S.A de C.V

- Cementos apasco, S.A de C.V - Cementos Mexicanos, S.A - Cementos Tolteca, S.A de C.V - Cementos Cruz Azul, S.C.L

existen granes productores de cemento

VOLUMEN ACTUAL

El volumen actual nacional es de 26'800,000

toneladas por año.

En 1993 se produjeron 28'000,000 toneladas con un

valor de 103 N PESOS/TONELADA.

Con una demanda del 6.3 % anual.

EL PROCESO

MATERIA PRIMA ARCILLA

Las arcillas son rocas que se componen de uno o varios de

los "minerales arcillososl1 (silicatos hidratados de aluminio

hierro o magnesio) con o sin otras rocas y particulas

minerales.

Las arcillas

físicas y térmicas y en su composición mineral y química.

La arcilla por lo general, está mezclada con una cantidad de

muestran extensas variaciones en sus propiedades

arena y otros minerales que se hace plástico cuando se mezcla

con agua.

CALIZAS

En la obtención de los morteros el material más importante

que hay que emplear es la roca caliza, formada principalmente

por un mineral llamado espato calizo, o calcita que es el

CaC03 cristalizado hexagonalmente. En la naturaleza existe una

gran variedad de rocas calizas. Las variedades llamadas

mármoles tienen una estructura cristalizada muy visible; hay

variedades de calizas de origen volcánica. Y muchas son rocas

metamórficas o sedimentarias, cuyos plegamientos formaron las

montañas. Las hay terrosas, blancas como la creta, en tanto

que otras son compactas y duras.

las calizas se encuentran muy difundidas en los terrenos de

todos los periodos geológicos; formando particularmente las

grandes zonas montañosas. Cada uno de sus yacimientos, según

sea su composición, tiene una aplicación específica para

obtener con ellas las diferentes clases de morteros y

cementos.

REACCIONES IMPORTANTES

Tratamiento Térmico (Calcinación). Durante el tratamiento de calcinación entre 100-600 C el caolín presenta una reacción endotérmica y una exotérmica dando como resultado la deshidroxilación de la partícula. Las reacciones en el horno son de la siguiente forma:

I Temperatura (C) Proceso Tonalidad térmica I

100

500

Evaporación de agua Endotérmica higroscópica.

Pérdida de oxhidrilos Endotérmica de los minerales de la arcilla.

900 y superiores Cristalización de los Exotérmica productos formados en la pérdida de los oxhi- drilos de los minerales de la arcilla. Descomposición del CaC03 Endotérmica

900-1200 Reacción entre CaC03 o Exotérmica CaO y altíminosilicatos.

1250-1280 Comienzo de la formación Endotérmica de líquidos.

CAPACIDAD A INSTALAR

TABLA 1

2000 276,345

287,399

La taza de crecimiento anual es del 4.0 %, con el 80 % de producción al inicio, del funcionamiento de nuestra planta.

apéndice 1.

El monto de la inversión asciende a N$ 11 550 986 con una inversión fija de N$ 8 839 754, un capital de trabajo de N$ 2 711 232.

La gráfica de estos datos se puede observar en el

COSTO DE PRODUCCION. A diferentes capacidades de producción se muestra a continuación.

Capacidad Producción N$/kg de Costo total

100 % 576 O00 29.363-3 16 911

d€a/kg cemento prod. (N$/día)

80 % 460 800 30.21E-3 13 920

60 % 345 600 31.61E-3 10 924 * Las ganancias al año por producción se encuentra a continuación.

Capacidad Ganacias (N$/año) * 100 % 25 007 614 80 % 20 006 092 60 % 15 004 569 *

Los calculos se encuentran en el apéndice 3

c

SECCION 11

El PRODUCTO Y SUS CARACTERISTICA

CEMENTO

- Vol. esp del gel de cemento = 0.567 Cm3/g muestra

seca.

- porosidad es de 28% - Coef. de permeabilidad * E-4 Cm/seg. - sup.especifica media 220 m2/g de muestra seca. - sup. especifica media 550 m2/Cm3 de vol. de solido. - (! = 0.72 Cm3 de solido/Cm3 de gel de cemento.

del volumen total.

Un análisis de varias clases de cemento comercial indican

el tipo de fabricación y la materia prima.

El color del cemento esta determinado por el contenido de

oxido de fierro y por la relación oxido ferroso/oxido férrico.

El contenido de sílice tiene gran importancia en las

propiedades del, rápido endurecimiento; El desarrollo de las

máximas resistencia mecánica solo ocurre cuando el contenido

en sílice del clinker es aproximadamente inferior

al 6%.

La densidad relativa del cemento es 1.5 lbm/ft3

ARCILLAS

El diáspora y la moehmita ambos A1203.H20 (A120, 85%

H20,15%), son los principales componentes de las arcillas de

diápora, que pueden contener hasta más de 75% de A1203,

calculado sobre arcilla bruta.

La giggsita, A1203.3H20 (A1203, 65.4%, H20, 34.6%) ,la

cliachita, el llamado hidrato de altímina amorfo, así como

también los monohidratos, se presentan en la bauxita y en las

arcillas bauxíticas.

Estos minerales de altímina hidratados pueden reconocerse

porque comunican aspereza a las arcillas y comúnmente se

presentan en estructuras coiíticas (cuerpos esféricos o

elipsoidales de unos 2 mm de diámetro) y también estructuras

mayores y más pequeñas.

Por lo general resisten a la fusión con carbonato sódico o se

funden difícilmente, si la altímina en un análisis de arcilla

en bruto es superior a 40% de A1203. Sus propiedades ópticas

son muy diferentes de las de los minerales ortodoxos de

arcilla y sus imágenes de difracción con rayos X y sus curvas

de análisis térmico diferencial son distintos y de valor

diagnóstico. Los minerales ricos en alúmina revelan intensa

descomposición por los agentes atmosféricos y fuerte

lixiviación por lo cual fue arrastrada la sílice.

La caolinita (A1203.2SiO3.2H20), la montmorillonita

(A1203.4SiO2.H20+n H20). Entre las propiedades de estos

minerales destaca su capacidad para admitir agua y otras

substancias entre sus redes cristalinas sin alterar por ello

su estructura reticular (tumefacción intercristalina), así

como la de separar el agua o las substancias dichas con o sin

rotura de su red cristalina, lo que los difiere entre sí.

147830

Químicamente los minerales arcillosos están formados por

silicatos de aluminio hidratado.

CALIZA

En su estado más puro contienen 95% de calcita, CaC03. La

combinación equimolar de los carbonatos de calcio y de

magnesio, o la sal doble CaC03.MgC03, forman un mineral

isomorfo de la calcita llamado dolomita.

Calcita CaC03 sistema cristalino cabeza de aguja, diente de

perro y prismático por lo general manchado, masivo

estalactítico, granular. P.E 3, 2.71 incoloro o blanco algunas

veces teñido por impurezas.

Dolomita CaMg(C03)2 cristales romboédricos, corrientes maclas,

masivo granular P.E 3.5, 4, 2.8 blanco a veces teñido de

amarillo marrón, rojo.

PROCESOS DE OBTENCION

Los procesos de obtención del cemento mediante calcinación

de arcillas es muy variada, desde tiempos muy remotos, los cuales a tenido cada día a mejorar las técnicas de

obtención.

Estos procesos se llevan acabo en hornos de muy diversos tipos

( Hornos con envolvente de refrigeración, hornos de Hoffman,

hornos eléctricos, rotatorios, etc).

La calcinación de los cementos se clasifica de la siguiente

manera:

H

O

R

N

O

S

D

E

C

A

L

C

I

N

A

C

I

O

N

En reposo Periódica horno de

cámara, de

botella etc.

continua horno circular

En movimiento Vertical horno de cuba

o cañón. Horno

de túnel y cuba

Horizontal horno giratorio

sistema Lepol.

Emparrillado.

Los hornos intermitentes tienen muy escasa capacidad de

producción, además de ser antieconómicos. Los cuales han sido

abandonados.

Los hornos rotatorios son los más importantes empleados en la

industria del cemento inventado por el ingles Ransome en 1885,

los cuales han venido perfeccionando paulatinamente para dar

cada vez mejores rendimientos en la industria, los cuales

también se aplican a otras industrias como son:

- Siderúrgica - Metalurgia - Industria inorgánica, etc

SECCION 111

EL ESTUDIO DE MERCADO

ANTECEDENTES

La producción de cemento a ido creciendo debido a la demanda del mercado nacional, como a el aumento de las exportaciones. La taza de crecimiento en la producción de cemento fue del 13.1 %, una de las más altas en el año de 1992 superada entre otras por la producción de vidrio que fue de 26.8 %, la petroqulmica básica de 19.4 % y la elaboración de resinas sintéticas 13.7 %.

La tabla 11 muestra el incremento anual y la producción a nivel nacional.

1989 23 333 3.6

1995 31 O00

1996

Analizando los datos de producción se observa que la

En cuanto a las exportaciones la taza media anual de media anual de producción es de 6.3 %.

taza

la exportación es de 15.3 % . Y su gráfica aparece en el apéndice 1.

usos Y USUARIOS

CEMENTO

Los cementos por poseer una gran versatilidad y de bajo

costo, es por ello que se utiliza con gran existo en las obras

de infrastructura, la cual también apoya a la agricultura y

ganaderia por medio de construcción de presas, en

comunicaciones por medio de la contrucción de puentes y

caminos, en la educación construyendo edificios etc.

La gran mayoria de los usuarios; son las grandes compañias

constructoras de casa habitación, de concretos etc. También en

el uso domestico mediante la reparación del hogar.

En cuanto a los sustitutos podriamos nombrar a los plasticos

o polimeros. los cuales han podido remplazar a este material

en algunos campos parcialmente como lo es en la construción de

casas habitación y algunos otros. El cemento hoy en día es un

material insustituible debido a que presenta una gran variedad

de propiedades como alta resistencia a los ataques químicos

como son los sulfatos, sulfuros, rápido fraguado etc.

La ubicación de la planta es en Queretaro, Qro. Y la

capacidad de la planta se muestra en la tabla 1.

La tabla 111 muestra las exportaciones en el periodo

de 1984-1992.

TABLA 111

4 935

Por otro lado con relación, a las importaciones el pals ha

sido autosuficiente en la producción para el consumo de la

nación,

cemento

nota

1.

por lo que no a sido necesario la importación del

a partir del año de 1983 en adelante.

la gráfica de las tablas 111 aparecen en el apéndice

SECCION 1V

TRABAJO DE INVESTIGACION

OBJETIVO:

El objetivo de nuestro trabajo de investigación, es el de

determinar una cinética química que se efectúa en la

calcinación de las arcillas, en la producción de cementos,

mediante la cual se diseña el reactor de calcinación.

Las pruebas preliminares para la cinética, se realizarón en

una mufla de dimensiones de .30x.40x.50 mts.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Material

mufla intermitente

Termopares

balanza analitica

multimetro digital

estufa

reactivos

arcillas

La mufla intermitente se carga con muestras esféricas de

caolín de un diámetro < 10 mm. Las cuales se perforan a

diferentes radios en donde se inserta el termopar obtendiendo

de estos, perfiles de temperatura. Se calcinan hasta la

temperatura de 1050 OC en un tiempo aproximado de una hora

durante la cual se determinara la perdida de peso contra

tiempo, lo que nos permite determinar el comportamiento

cinético de las muestras.

I

BASES DE DISEflO:

Para el análisis se toman lecturas de las muestras cada 10

min, los resultados se muestran a continuación. La conversión

de la muestra es del 89 %.

TABLA 1V

O 0.000 6.67

10

20

30

40

50

0.021

0.227

O. 524

0.749

O. 856

6-65

6.57

6.18

5.97

5.87

Donde

CA= concentración del caolín

Xa= conversión

Datos obtenidos de la Cinética

Constante de velocidad de reacción k = 4.283-4 min-1

A = -2.273-3

R = 0,9657

Xa = 0.899

La gráfica de la cinética se puede observar en el apéndice 2

la cual se ajusta a una linea recta.

SECCION V

BALANCES DE ENERGIA Y MASA

corrie. flujo en entalpia temp. peso dens. estado kg-mol/hr MJ/min oC molec. kg/m3 físico .................................................................

Arcilla caliza

1 25.20 145.16 -19.57 25 244.56 2.1 sólido

2 25.20 145.16 -19.57 25 244.56 2.1 sólido

3 25.20 145.16 -19.57 25 244.56 2.1 sólido

4 25.20 145.16 -19.57 25 244.56 2.1 sólido

5 25.20 145.16 446.1 1000 - - líquido

sólido 6 25.20 145.16 -356.88 130 - - clinker

sólido - - 7 81.6 -10.37 70

sólido - - 8 81.6 - 3.46 50

RESULTADOS DE DISENO:

DIAGRAMA DE FLUJO.

El proceso planteado involucra únicamente dos materiales

alimentados en el área de la arcilla

trasporte (P-100).

y caliza las cuales son

AREA DE TRANSPORTE P-100

La arcilla y caliza se alimenta a razón de 500 kg/min

mediante la linea 1 hacia el triturador de mandibulas C-120

en donde el material es triturado hasta un tamaño adecuado de

radio, para pasar ha el siguiente tratamiento el cual

consiste en seleccionar el material adecuado de tamaño de

radio en una criba H-130. En donde el material que no tiene el

tamaño adecuado es recirculado a el triturador de mandíbulas

c-110.

Después de haber tenido un tratamiento de trituración previo

el en el equipo C-120, el material ya seleccionado por la

criba H-130 pasa ha el equipo C-140 donde se localiza un

triturador de martillo el cual hace más fino el material para

su calcinación. En esta parte del proceso todo el material

triturado pasa a la siguiente etapa la cual consiste de silos

F-150 en los cuales el material es almacenado, para pasar

después al último tratamiento de molienda en el molino de

rodillos C-160 y almacenarse en el silo F-170 de

homogeneización y de ahí pasar al tratamiento de calcinación

R-210.

AREA DE REACCION (P-200)

Los materiales sólidos son alimentados previamente

triturados y homogeneizados a la área de reacción R-210 a

razón de 250 l/min y temperatura ambiente 25 oC. La

temperatura en el reactor en este momento tendrá una

temperatura de 1050 OC la cual es necesaria, para que se lleve

acabo la reacción y formación del producto con un tiempo de

residencia de 50.47 min. El material ya formado pasa a el

intercambiador de calor E-220. A razón de 250 l/min el cual

sera enfria por aire para que el material salga a la

temperatura de 130 OC

El material que sale del intercambiador de calor se almacena

en silos para clinker F-230 donde se le adicionan algunos

materiales tales como yeso material ferroso y férrico los

cuales le darán las característica terminada del cemento como

es el fraguado la resistencia a ataques químicos de sulfuros y

otros componentes químicos. Después de la adición de los

materiales pasa a un mezclador en el cual el material es

preparado para su molienda final y de ahi pasar al molino de

bolas C-310.

AREA DE ACABADO P-300

En el molino de bolas C-310 se termina el material con una

finura determinada. Sale del molino para almacenarse en silos

del producto acabado F-320 de aqui pasa al envasado.

DISEÑO DE EQUIPO

TABLA V

Equipo Tipo Dimens ión Volumen largo (m) (m3)

R-210 RCC 30 12.62*

Tabla V continua... ................................................................. Material Costo (N pesos)

Acero al carbón y revestimiento 811,142 *

TABLA V1 * INTERCAMBIADOR DE CALOR *

(m2) (Npesos)

E-220 Circular 19.80 557,660*

Equipo Tipo Area de transf. costo

TABLA V11 * TANQUES DE ALMACENAMIENTO * Material a Dimensiones material costo almacenar radio (m) altura (m) vol (m3) (Npesos)

materia prima 1.5 14 100 acero-carbón 10,000 homogenizado 1.5 14 100 acero-carbón 10,000 clinker 1.5 14 100 acero-carbón 10,000 yeso 1.5 11.3 80 acero-carbón 4,684 adiciones 1.5 11.3 80 acero-carbón 4,684 cemento 1.5 14 100 acero-carbón 10,000

TABLA Vlll * MOLINOS *

(N pesos) EqulPO TiPo Material costo

c-120 mandibula acero al carbón 536,570

C-140 mart ii lo acero al carbón 65,864

C-160 rodillo acero al carbón 113,560

C-310 bolas acero al carbón 65,864*

TABLA 1X * TRANSPORTADOR *

Long. (m) Ancho (m) (Npesos)

transp. 2 20 1 acero al carbón 80,114

Equipo Cant. Dimensión Material $ costo

TABLA X * SEPARADOR * Equipo Material $ costo - -

(Npesos)

H-130 acero al carbón 11,356

TABLA X1 * IMPULSORES *

(hp) (Npesos) cant. Potencia costo %PiPo

impulsor 2 2 1622

SECCION V1

--- LA PLANTA PRODUCTORA DE CEMENTO - - - - - - - PERSONAL NECESARIO EN

personal

Gerente General

Ing de planta

Contador

Licenciado

Secretarias

Lic.Re1. Comercial

Supervisor

Operadores

Ayudantes General

Ayudante de limpieza

Vigilancia

cantidad

1

3

1

1

3

2

4

20

6

3

9

sueldo mensual (NS 1 8,000

2 , O 0 0

2 , O00

2 , 500

900

1 ,000

1,500

900

7 0 0

400

900

SECCION VI1

INVERSION TOTAL.

Para llevar acabo la materialización de un proyecto

requiere una cantidad de recursos que se pueden industrial se

agrupar en dos grupos.

l).-Los que se requieren para la adquisición e instalación

de la planta, los cuales constituyen la inversión fija del

proyecto.

2).-Los que se requieren para la operación de la misma, los

cuales integran el capital de trabajo.

Los principales rubros que integran la inversión fija son:

Gastos de Pre-inversión:

Investigación y estudios previos

Patentes y conocimientos técnicos especializados

Licencia, permisos y supervisión.

Gastos de inversión:

Terreno para la instalación de la planta

Maquinaria y equipo, accesorios.

Costo fijo de la planta,

Embases o empaques.

Ingeniería, supervisión y administración de la producción.

imprevistos o contingencias.

Los principales rubros que integran el capital de trabajo

son:

Inventario de materia prima. Inventario de producto en proceso. Inventario de producto terminado. Cuentas por cobrar. Dinero en efectivo. Cuentas por pagar.

INVERSION FIJA

Costo de maquinaria, equipo y accesorios

N$ 2 374 856 .

Equipo de transportes de materiales acabados es el siguiente

un monta carga de gasolina con llantas neumáticas

para estibar hasta

de 2 ton.

4 mts de altura.

N$ 30 045

Costo del terreno para la instalación de la planta

Superficie necesaria del terreno 20 O 0 0 m2

Precio del terreno por N$30.00/m2 en Queretaro Qro.

costo del terreno = (30.00N$/m2) (20 000m2) = N$ 600 O00

Envases y Empaques.

Se usaran sacos de papel para envasar 50 kg del producto.

Para almacenar la producción de un mes.

(576 O 0 0 kg/día) (30dfa/mes) (lsaco/50 kg)= 345 600 sacos/mes

(345 600 sacos/mes)(0.05 N$/saco) = N$ 17 280

Costos físicos de la planta.

TABLA X11

Rubro % Costo total del costo equipo (N$pesos)

Aislamiento 5 118 742

instalación electrica 10 237 485

Obra civil 55 1 306 170

Servicios auxiliares e implementos de la planta 20 474 971 Montaje instalación 15 356 228

N$ 2 total

TABLA Xlll * MUEBLES y ENCERE * Descripción Cantidad $ Unidad $ Total

(N pesos) (N pesos)

escritorio c/sillon

maquina de escribir

archivero c / 4 cajones

computadora Pc/impresora

libreros

sillas adicionales

mesa para sala de juntas

sala de espera

fotocopiadora

1

3

3

1

6

15

1

1

1

1002

757

380

8788

404

104

936

993

4702

1002

2271

1140

8788

2424

1560

936

993

4702

1690 escritorio clsillon Ejvo. 1 1690 - enseres menores 1259 Total 26765 *

Ingenieria, supervisión y administración de la producción.

Este rubro equivale aproximadamente al 55% del costo total del

equipo.

(0.55)(2 373 234 N$) = N$ 1 306 170

Imprevistos o Contingencia.

El costo de este rubro equivale aproximadamente el 50 % del

costo total del equipo

(0.5)(2 373 234 N$) = N$ 1 187 428

Gasto de inversión N$ 8 036 140

Gasto de preinversión N$ 803 614

Total Inversión fija = N$ 8 839 754

Estimación de Capital de Trabajo

El capital de trabajo se estima considerando un mes de

operación en la planta.

- Inventario de la materia prima (IMP) producción diaria de cemento = 576 O00 kg

materia prima cantidad necesaria Costo costo

(kg/mes) kq/N$ (N$pesos)

Caliza 12 960 O 0 0 O. 024 311 040

Arcilla 4 320 O00 0.028 120 960

Total 432 O00

- Inventario del producto de proceso (IPP) (Capacidad mensual de producción)(Costo unitario de manofac)

(576 O00 kg/dfa)(30dfa/mes)(l.95E-3 N$/kg) = N$ 33 696

- Inventario del producto terminado (IPT) Este puede considerarse igual al inventario del producto en

proceso. N$ 33 696

- Cuentas por cobrar (CPC) Para fines exploratorios puede considerarse la venta mensual

de la empresa, de acuerdo a la siguiente tabla.

TABLA X1V

Consumo Cantidad mensual Precio en Ingreso consumida (kg) (N$pesos) (N$pesos)

Nacional 17 280 O00 0.103 1 779 840

- Cuentas por pagar (CPP) Se puede considerar como los gastos por la compra de

materia prima necesaria en un mes de producción.

= N$ 432 O 0 0

- Capital de trabajo (CT) Es igual ha (IMP) + (IPP) + (IPT) + (CPC) + (CPP) = (CT)

432000+33696+33696+1779840+432000 = N$ 2 711 232

Inversión Total = Inversión Fija + Capital de Trabajo 8 839 754 + 2 711 232 = N$ 11 550 986

DETERMINACION DEL PUNTO DE EQUILIBRIO

Clasificación de los costos para la determinació del punto de

equilibrio.

1.- Costos Variables

A) . - Costos directos de operación.

l).- Materia prima y reactivos de proceso.

2 ) . - Mano de obra de producción.

3).- Personal de supervisión.

4 ) . - Servicios auxiliares.

5 ) . - Mantenimiento y reparación.

6 ) . - Suministros de operación.

7) .- Regalías. 8 ) . - Impuestos sobre ventas.

11.- Costos fijos.

A) . - Costos fijos de inversión.

1) . - Depreciaciones. 2).- Impuestos sobre la propiedad.

3).- Seguros sobre la planta

4) .- Rentas. B).- Costos fijos de operación.

l).- Superintendencia de planta.

2 ) . - Control de calidad.

3).- Seguridad industrial.

4 ) . - Servicio de personal.

C).- Gastos generales.

l).- Gastos administrativos.

2 ) . - Gastos de distribución y ventas.

3).- Gastos de investigación y desarrollo.

4 ) . - Gastos financieros.

147830 1.- Costos variables.

A ) . - Costos directos de operación.

1.- Materia prima y reactivos de proceso.

En el costo de la materia prima también hay que involucrar el

costo del transporte de la misma lo que representa un gasto

anual de N$ 5 184 O00

2.- Mano de obra de producción y operación.

En este rubro estamos involucrando alos ingenieros de la

planta, los técnicos, los operadores y los ayudantes en

general. El sueldo mensual de estas personas contabiliza una

cantidad de N$ 34 200, que representa un egreso anual de N$

410 400/año.

3.- Personal de supervición.

Este rubro representa un egreso del 15% del costo de la mano

de obra directa de operación. N$ 61 560/año.

4.- Servicios auxiliares.

El gasto correspondiente a este rubro, lo contituyen los

gastos que se realizan por concepto de energía y combustible,

aproximadamente N$ 909 333/año

5.- Mantenimento y reparación.

Este gasto es aproximado al 5% de la inversión fija lo que

representa un egreso anual de N$ 441 989/afiO

6.- Suministro de operación.

Este gasto esta representado por el 15% del costo de

mantenimiento y reparación N$ 66 298

7 . - Regalías.

Gasto representado por aproximadamente el 0.4% del valor de l a

producción N$ 854 323

8.- Impuestos sobre la ventas.

Este gasto se representa por aproximadamente el 2 .5% de los

ingresos por venta: N$ 533 952/aiio

11.- Costos Fijos.

1.- Depreciación

La depreciación se calcula de acuerdo con la siguiente

relación matemática.

depreciación = (inversión - valor de rescate)/ vida Gtil. Para los edificios la vida Gtil que consideramos es de 25 años y el

valor de rescate del 15% de la inversión, lo que representa

una depreciación de N$ 44 409

Para la maquinaria y equipo consideramos una vida útil de 15

años y un valor de rescate del 15% de la inversión que se

realizo en su adquisición lo que representa una depreciación

de N$ 134 575

Para el cálculo de la depreciacion del equipo de transporte

de material comnsideramos una vida Gtil de 7 años y un valor

de rescate del 15% de la inversion hecha en su adquisición.

N $ 3 648 La suma total de las 3 depreciaciones

contabilizan un egreso anual de N$ 182 632

2. - Impuestos sobre la propiedad.

Este gasto esta representado por aproximadamente el 2 .5% de

la inversión fija que equivale a un egreso de N$ 220 993

3 . - Seguros sobre la planta.

El gasto que se realiza en este rubro esta contituido por el

1% de la inversión fija, lo que equivale a un egreso de N$ 88

397

4.- Rentas.

En este caso no existen egresos ya que la planta industrial es

propiedad de la compañia.

B.- Cargos fijos de operación.

El gasto total que se realiza por concepto de los cargos fijos

de operación esta representado por el 15% del costo anual de

la mano de obra de operación y supervición: N$ 70 794

C. - Gastos generales.

1.- Gastos administrativos.

Los costos generales estan basados en la suma de mano de obra

de operación, supervisión y mantenimiento con un 55 % de esta

suma la cual representa adecuadamente los gastos generales.

N$ 502 670

Los resultados anteriores se resumen en la siguiente tabla

TABLA 2W

COSTOS VARIABLES

Concepto Egreso (Npesos)

A.- Costos directos de operació

1.- materia prima y reactivos 5 184 O 0 0

2.- mano de obra de producción 410 400

3.- personal de supervición 61 605

4.- servicios auxiliares 909 333

5 . - mantenimiento y reparación 441 987

6.- suministro de operación 66 298

7.- regalías 854 323

8.- impuestos sobre ventas 533 952

total 55 117 898

TABLA XV1

COSTOS FIJOS

Concepto Egreso (Npesos) Eargos t i jos de inversibn.

1.- denredación 182 632 2.- imbuestos sobre la propiedad 220 993 3.- sepros sobre la planta 88 397

1.- Gastos generales. 502 670 Cargos fijos de operación.

Total 3mT§z

Determinación del punto se equilibrio económico (PEE) Para la linea de costos se tiene la siguiente ecuación

W= a+b*X

Donde: a = costos fijos b = costos variables X = capacidad de operación de la planta.

Por lo tanto

W = 8 994 692 + 8 461 898*X Para la linea de ingreso se tiene que.

W ’ = I*X

Donde: I = ingresos por ventas Tenemos que W ’ = 21 358 080*X

En el punto de equilibrio económico los ingresos son igual a los egresos, es decir no existe ganancia por lo que al igualar las dos ecuaciones se obtiene una expresión para (PEE).

PEE = X= a/I-b = 8 994 692/21 358 080 - 8 461 898 = 0.69

Es decir que cuando la empresa se encuentra operandoa el 69 % no existe ganancia.

BIBLIOGRAFIA: Journal of Thermal Anaysis Vol. 33(1988) 531-535

*

*

*

* * *

* * * *

* * * *

"Kinetics of KaoliniteDehydration and its Dependence on

Mechanochemical Activation"

Ing. Claudio Eberhardt "Cemento y ecología" pag 11-16

Construcción y tecnología Agosto 1991.

Lic. Bernardo Galley "Las Relaciones de Mercado en la

Industria Cementera" pag 6-11

Construcción y tecnología Junio 1991.

Panorama Económico "Industria del Cemento" pag 16-26

Construcción y Tecnología Abril 1990.

Canacem Anuario 1982.

Canacem Anuario 1987.

Anuario Estadístico de la Minería Mexicana 1992 SEMIP

Consejo de Recursos Minerales.

Anuario Estadística de México 1992 INEGI.

"La Industria del Cemento y El Medio Ambiente" Canacem.

Banco de México Agosto 1992.

Enciclopedia de la Tecnología Química

Vol. I pag (661-677), IV pag (318) Ediciones Urno.

Enciclopedia de Química Industrial Ed Tecnos S.A.

H.F:W Taylor Química de los Cementos Ed Urn0 Vol. I

F.H Plank *I Morteros y Cementos M pag 286-320

Robert H Perry, Don Green "Perrys Chemical Engineers

Hand Book" Mc Graw Hill.

* Octave Levenspiel "Ingenieria de las Reacciones

Qulmicast@ Ed Repla.

* J.M Smith IIIngenieria de la Cinética Qulmica" Ed CECSA.

* A1an.S Foust "Principios de Operaciones Unitarias#'

CECSA.

* G.D. Ulrich I'Procesos de Ingeniería Química'#

Mc Graw Hill.

" _I I . .. . .. .

APENDICE 1

Graf icas.

APENDICE 2

Cálculos de diseño.

El MODELO MATEMATICO DE LA CINETICA

El mecanismo de una reacción se puede definir como:

* La secuencia de etapas que describe la formación de los productos finales a partir de los reactantes originales.*

La reacción que se propone es de segundo orden

> B 2A --------

La ecuación de velocidad de reacción esta dada por la

siguiente expresión.

-ra = - dCa/dt = kCa2 [ I 3

Si integramos ambos lados de la ecuación siguiente.

Ca JCao (dCa/Ca2) = k dt

Se obtiene la siguiente expresión

Si graficamos

1/Ca - 1/Cao Vs t

y se obtiene una linea recta podemos, decir que el mecanismo

propuesto se ajusta a los datos experimentales, por lo cual

corresponde a la cinética de segundo orden.

0.00 0.00

4.51Ei4

2.283-3

0.0118

10

20

30

O. 0175 40

0.0204 50

DISER0 DEL REACTOR

El reactor a emplear es un reactor continuo cuya

ecuación esta dada por la siguiente expresión.

dCa = - J z o -ra

t = V/Vo = Cao Xa dXa Jo -ra -

V= volumen del reactor

Vo= caudal volumétrico de la alimentación

Esta ecuación esta dada para sistemas donde cambia la

densidad.

t= Cao J;a -ra dXa

La ecuación 4 representa el tiempo de residencia de la

reacción. Para sistemas en los cuales varía la densidad es

conveniente usar la ecuación 5.

1 dXa

k ( R ) 2 t= [51

Por medio de la ecuación 5 se determina el tiempo de

residencia del sistema.

La ecuación para el diseño del reactor esta dada por la

siguiente expresión

V/Vo = t/Cao O t = v/vo [ G I

CALCULOS PARA EL DISEÑO DEL REACTOR

Usando la información anterior de las ecuaciones de diseño

se obtienen los siguientes valores para el tiempo de

residencia y para el volumen del reactor

Por medio la ecuación 5 se calculo el tiempo de residencia

Para sistemas en donde varia la densidad.

integrando tenemos.

1 5.58 dCa = m 2 -la5 6.67

t = -

evaluando la ecuación anterior se obtiene

t = 1/4.283-4 [1/5.83 - 1/6.67] = 50.47 min

de la ecuación 6 tenemos que el volumen del reactor es igual

a.

V = tVo evaluando la ecuación tenemos que el

volumen es.

V = (50.47 min) (250 l/min) = 12617.5 1

V = 12.62 m3

CALCULOS DEL DISER0 DEL INETRCAMBIADOR DE CALOR

Por medio de la ecuación de diseño para un secador rotatorio

dado por la siguiente ecuación se determino el area necesaria

para el intercambiador.

Ecuacion Q= O. 4DLGO. 67Tm

Donde:

Q = calor trasferido total Btu/hr

D = diametro del intercambiador ft

L = longitud del intercambiador ft

Tm = temperatura media logaritmica

G = flujo de aire por el area transfersal del intercambiador

Calculo

D = 2.2011 ft Tm = 125.68 OF

Q = 20.3136 Btu/hr G = 4000 lb/hr

despejando L de la ecuación anterior y sustituyendo los

valores se obtiene el valor de la longitud del intercambiador

el cual es de 64.96 ft o 19.8 mts.

Con una area de tranferencia de 45.41 m2.

APENDICE 3

Cálculos de inversión.

ESTIMACION DEL COSTO DE ENERGIA ELECTRICA POR Kg DE CEMENTO

Consumo de energía eléctrica por operación de los impulsores

para los transportadores.

[4(hp) 3 [2545 Btu/h] (l/hp) = 10 180 Btu/h

10 180 Btu/h (24h) = 244 320 Btu = 71.58 Kwh

Consumo de energía eléctrica por iluminación y artefactos

electricos = 60.58 Kwh

Consumo de energía eléctrica por uso de impulsores de los

equipos.

Trituradora de mandibulas 155 Kwh/dia

Molino de bolas 6664 Kwh/dia

Molino de martillos 1184 Kwh/dia

Molino de rodillos 5.83 Kwh/dia

Separador criba 2.66 Kwh/dia Total 8011.49 *

El consumo de energía total es el siguiente.

8143.65 Kwh/dfa

Precio de la energía eléctrica = 0.1 N$peso/Kwh

(8143.65 Kwh/dia) (0.1 N$/Kwh) = 814.365 N$/dia

= 297 243 N$/dia

ESTIMACION DEL COSTO DEL COMBUSTIBLE.

arroja un costo de 612 O90 N$/afío

COSTO DE PRODUCCION

Capacidad máxima 100%

Capacidad media 80%

Capacidad mínima 60%

Para determinar el costo de producción hay que considerar los

siguientes puntos los cuales permanecen contantes acualquier

capacidad.

Costo de la materia prima por kg de producto.

(432 000/mes)(mes/30 dia)/(576 O00 kg/dia) = 0.025 N$/kg

Costo del envase

(0.05 N$/saco)(l saco/50 kg) = 1.OE-3

Además de los siguientes puntos variables

1.- Produccion diaria de cemento

2.- Cargo por manos de obra

3.- Costo consumo de energia

Los datos a diferentes capacidades se muestran en la siguiente

tabla.

TABLA ** Capacidad Producción Cargos por mano Costo de

diaria kg de obra eléctricidad

100 % 576 O00 1.953-3 1.41E-3

80 % 460 800 2.443-3 1.773-3

60 % 345 600 3.25E-3 2.363-3

** Los costos estan dados en N$/kg cemento Cargos por mano de obra.

Este cargo se calcula dividiendo el gasto anual que se hace

por concepto de mano de obra entre la producción anual.

El resultado:

Gastos por concepto de mano de obra = N$ 410 400

producción anual 210 240 O 0 0 kg/año

R = 1.953-3 N$/kg cemento

Costo de electricidad.

El resultado anual del consumo de electricidad es:

297 743 N$/año * año/ 210 240 O00 kg

R= 1.41E-3 N$/kg cemento

ESTIMACION APROXIMADA DE LA GANANCIA ANUAL

Primer año de operación (Capacidad mínima, máxima)

........................................................................ Cap. Prod. costo costo Ingreso Ganancia

kg/año de prod. de dist. Por antes de N$/aflo. N$/año. ventas. impuestos

100% 2.073638 6087960 991180.74 31374600.8 25007614.8

80% 1.658838 4008960 792944.60 25099680.6 20006091.8

60% 1.244238 2359584 594708.44 18824760.5 15004568.9

Los resultados mostrados en la tabla corresponden a la planta

localizda en la Ciudad de Queretaro, los resultados de la misma

pueden ser consultados en la parte de localización de la planta.

1-11 f I

Y

J

M-240 i

o !

I

:220 i

t

I

H-130

I

i