avance juan brito Álvarez
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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Doy fe de que este informe de avance no incorpora material de otros autores sin identificar debidamente la fuente
Firma Alumno
ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD TÉCNICO-ECONOMICA PARA LA
IMPLEMENTACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE UN
FUNGIDA NATURAL CONTRA Botrytis cinerea EN BASE A
EXTRACTOS DE ORUJO DE UVA, UTILIZANDO EL SOFTWARE
SUPERPRO DESIGNER.
JUAN BRITO ÁLVAREZ
Profesor Guía Dr. Rubén Bustos Cerda
Informe de avance del trabajo de titulación
Santiago de Chile
2014
RESUMEN
En el siguiente trabajo se determinó la factibilidad técnica y las principales medidas de
rentabilidad económica de una planta productora de un fungicida natural que utiliza como
materia prima el orujo de uva, residuo de la industria vitícola. Para tal fin, se utilizó el
software SuperPro Designer, herramienta informática para el diseño de procesos y
evaluación económica de los mismos.
Primeramente, se realizó un estudio de mercado, que incluyó datos de superficie de cultivos
orgánicos certificados, producción de uvas y superficie dedicadas a vinificación en Chile y
el mundo, la demanda de fungicidas a nivel nacional y el tamaño de mercado de diversos
pesticidas, concluyéndose que la planta debe producir aproximadamente suficiente
fungicida para el tratamiento de 6.823 ha por aplicación anualmente. Con respecto a dicha
superficie, se propuso que la planta debe abastecerse de 166 toneladas anuales de orujo
de uva, para la producción de 99,43 kg por lote de fungicida microencapsulado, que en un
formato de venta de 1,5 kg, se traduce en 60.387 envases anuales de producto.
En segundo lugar, se estimaron los costos de inversión total de capital, capital de trabajo y
los costos de operación de la planta, los cuales resultan ser de $USD 775.000, $USD
95.000 y $USD 1.374.000/año respectivamente.
Finalmente, una vez estimados los costos de operación, se calculó el costo de producción
anual del fungicida envasado, que resultó ser de $USD 22,76 la unidad, por lo que se fijó
un precio de venta de $USD 29,5 la unidad, el cual permitió un margen de ganancia bruta
de 22,86%.
Teniendo presente como supuestos que la inversión de capital total se realiza en el primer
año del proyecto, que la planta al segundo año opera al 75% de capacidad productiva y al
100% los posteriores, y que la venta de producto anualmente es completa, el proyecto sería
económicamente viable en un horizonte de cinco años, utilizándose como indicadores de
rentabilidad el Valor Actual Neto (VAN), con una Tasa de Retorno Mínima Aceptada
(TREMA) del 20%, y la Tasa Interna de Retorno (TIR), cuyos valores son de $USD 322.000
y 37,11%.
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………… 1
2. OBJETIVOS………………………………………………………………… 2
2.1 Objetivo General…………………………………………………………… 2
2.2 Objetivos Específicos……………………………………………………… 2
3. PLAN DE TRABAJO……………………………………………………….. 3
4. METODOLOGÍA……………………………………………………………. 3
4.1 Carta Gantt del Trabajo de Titulación……………………………………. 3
4.2 Estudio de mercado………………………………………………………… 4
4.3 Diagrama de Bloques del proceso……………………………………….. 4
4.4 Modelamiento de procesos en SuperPro Designer……………………. 5
4.5 Modelamiento del costo de capital total del proyecto…………………. 5
4.6 Capital de Trabajo………………………………………………………….. 6
4.7 Estimación de Costos de Manufactura…………………………………... 6
4.8 Evaluación Económica en SuperPro Designer…………………………. 7
5. RESULTADOS Y DISCUSIONES………………………………………... 8
5.1 Estudio de Mercado………………………………………………………... 8
5.2 Diagrama de Bloques y Descripción del Proceso Productivo…………. 11
5.3 Diagrama de flujo de procesos y especificación de equipos………….. 13
5.4 Costo de capital total del proyecto……………………………………….. 16
5.5 Capital de trabajo…………………………………………………………... 17
5.6 Costos de manufactura……………………………………………………. 17
5.7 Costo de labor……………………………………………………………… 18
5.8 Costo de Servicios…………………………………………………………. 18
5.9 Flujo de caja y análisis de rentabilidad…………………………………... 19
6. Conclusiones Parciales……………………………………………………. 20
7. Bibliografía………………………………………………………................. 20
1
1. INTRODUCCIÓN
En el año 2008 la superficie vitícola nacional totalizó 182.660,7 hectáreas, de las cuales
117.558,9 fueron destinadas para vinificación, 55.119,4 para consumo fresco, y 9.982,4
hectáreas de vides para pisco, las que se incrementaron en 2,0%, 0,6% y 0,6%,
respectivamente en un año (INE, 2014). Este incremento porcentual en la superficie vitícola
continuó en los años posteriores y se tradujo en una producción de 1.255.371 miles de litros
de vino en el 2012 (OEMV, 2013). Sin embargo, este crecimiento de la superficie destinada
a la vid, no está exento de problemas que afecten a la producción y calidad de la uva, siendo
uno de ellos el hongo fitopatógeno Botrytis cinerea, causante de la enfermedad denominada
pudrición gris, cuyos huéspedes abarcan alrededor de 200 tipos diferentes de especies de
plantas (Govrin & Levine, 2000), provocando una pérdida en el sector vitícola , que oscila
entre un 15-35% (Elmer & Michailides, 2007), y en todo el espectro de cultivos que afecta
dicha enfermedad, produce una pérdida de capital entre 10 y 100 billones de euros
(Genoscope, 2008).
El daño causado por B. cinerea es difícil de controlar debido a sus múltiples formas de
infección, los diferentes tipos de huéspedes y la posibilidad de supervivencia en las variadas
formas que posee, ya sea como micelio, conidio, o por períodos extensos como esclerocio
en restos de cultivos (Williamson, Tudzynski, Tudzynski, & Van Kan, 2007). No obstante,
se han desarrollado diferentes métodos para su control, entre los que destacan el uso de
fungicidas, modificación de las técnicas de cultivo y el desarrollo de cultivares resistentes
(Genoscope, 2008). Dentro de las técnicas mencionadas anteriormente, los fungicidas
sintéticos han sido utilizados como un método eficaz para la protección de cultivos, pero en
el año 1986, la Academia Nacional de Ciencias (NAS por sus siglas en inglés) comenzó a
considerarlos como compuestos con alto riesgo carcinogénico, potencialmente mayor al de
insecticidas y herbicidas en conjunto (Wilson, Solar, El Ghaouth, & Wisniewski, 1997).
Además, son cada vez menos aceptados debido al incremento de cepas resistentes y el
desapruebo por parte de la opinión pública por sus efectos en la salud humana y
contaminación ambiental (Mendoza, Yañez, Vivanco, Melo , & Cotoras, 2013). Lo anterior
deja opción a métodos alternativos de control, como lo es el uso de fungicidas naturales,
cuya aplicación se extiende a productos agrícolas tanto de consumo y no consumo humano,
bajo condiciones de invernadero o aplicación directa en campos de cultivo (Williamson, y
otros, 2007).
Dentro de los tipos de fungicidas naturales que se utilizan, se encuentran los derivados de
extractos de plantas, aceites escenciales y agentes de control biológicos (uso de
microorganismos) (Wilson, y otros, 1997; Williamson, y otros, 2007). En el caso de los
extractos de planta, se ha reportado que los polifenoles provenientes de una amplia gama
de especies poseen actividad antimicrobiana, donde, compuestos fenólicos como el
resveratrol y quercetina han inhibido el crecimiento de múltiples microorganismos
patógenos (Papadopoulou, Soulti, & Roussis, 2005). Con todo, el uso extensivo de los
fungicidas naturales resulta restringido debido a los elevados costos de llevar un nuevo
producto al mercado, por lo que sólo los principales cultivos atraen suficiente interés a la
agroindustria (Williamson, y otros, 2007).
2
Como materia prima el orujo de uva posee un alto contenido fenólico debido a que presenta
una pobre extración de tales compuestos durante la vinificación (Mendoza, y otros, 2013).
Al considerar que durante el año 2012, se produjeron 861.185 miles de litros de vino tinto
(Banfi, 2013), resultando de ello 18 kg de orujo por cada 100 litros de vino (Rockenbach, y
otros, 2011), entonces en Chile, durante el 2012, se produjeron aproximadamente 155.000
toneladas de residuos, los cuales son eliminados como desechos por las industrias
vitivinícolas, siendo un material de bajo costo (Schieber, Stintzing, & Carle, 2001), y por lo
tanto, una posible alternativa como fuente de principios activos para la formulación y
producción de un fungicida natural.
Un aspecto importante en el desarrollo de fungicidas naturales, es la protección del
compuesto activo, sobretodo si éste posee origen biológico, debido a su sensibilidad a
diferentes agentes, como por ejemplo, el calor o solventes orgánicos (Benita, 2006). Dicha
protección puede ser obtenida usando la técnica de microencapsulación, la cual involucra
la incorporación de los ingredientes activos dentro de una cápsula que puede estar
constituida por azúcares, polisacáridos naturales o modificados, lípidos y polímeros
sintéticos (Bernard, Kermasha, Alli, & Mulligan, 1999). La microencapsulación, además de
ofrecer protección frente a los factores físicos y químicos, contribuye a la prevención del
uso de altas dósis de pesticidas, lo que promueve una minimización del daño al medio
ambiente y un uso más eficiente de los compuestos activos en un intervalo de tiempo
determinado (Benita, 2006).
Considerando los antecedentes presentados y el compromiso que ratificó Chile mediante
el acuerdo de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes (COPs) el año 2004,
que obliga a los países a la generación de medidas jurídicas, administrativas y regulatorias
para asegurar la reducción y eliminación de tales compuestos (Muñoz, 2011), este trabajo
se centra en el diseño de una planta productora de fungicida natural microencapsulado
extraído desde el orujo de uva, y la evaluación económica de la misma, con el objetivo de
ofrecer al mercado un producto natural, acorde a los estándares de calidad que se exigen
en los cultivos orgánicos.
1. OBJETIVOS
2.1 Objetivo General
- Estudiar la prefactibilidad técnico-económica para la implementación de una planta
de producción de un fungicida natural contra Botritis cinérea en base a extractos de
orujo de uva, utilizando el software SuperPro designer.
2.2 Objetivos Específicos
- Definir y dimensionar línea de proceso, operaciones y equipos necesarios para
producir un fungicida natural emulsificado y/o microencapsulado contra B. cinérea
en base a extractos de orujo de uva.
3
- Realizar un diseño preliminar de una planta de proceso completa.
- Determinar la disponibilidad y costos de materias primas así como la oferta y
demanda de fungicidas naturales en Chile y el mundo.
- Determinar los indicadores económicos para establecer la viabilidad y rentabilidad
del proceso.
3. PLAN DE TRABAJO
El siguiente plan de trabajo fue el utilizado para la consecusión de los objetivos planteados:
3.1 Estudio Bibliográfico
3.2 Definición de diagramas de bloque y de flujo de procesos en base a estudios de
laboratorio.
3.3 Ingreso de datos y fórmulas al programa SuperPro Designer.
3.4 Dimensionamiento de equipos y de línea.
3.5 Análisis de disponibilidad y costos de materias primas.
3.6 Análisis de oferta y demanda nacional y global para fungicidas naturales.
3.7 Definición de layout y diseño preliminar de planta de proceso.
3.8 Definición de estructura de costos de inversión y operación.
3.9 Modelamiento de procesos y costos en programa SuperPro Designer.
3.10 Análisis de resultados y conclusiones.
4. METODOLOGÍA
4.1 Carta Gantt del Trabajo de Titulación.
En la figura 4.2, se representa la carta Gantt del trabajo completo de titulación, que
considera desde el inicio de las actividades hasta la redacción final de la tesis.
Las tareas de mayor duración son el estudio bibliográfico, el ingreso de datos y fórmulas al
programa SuperPro Designer y por último la redacción final de tesis, cuya fecha de
finalización se prevé para el 30 de julio de 2014.
Las tareas que resultan pendientes, además de la redacción de la tesis son el diseño del
layout de la plant y el análisis de escenarios junto con la sensibilidad económica del
proyecto.
4
Figura 4.1: Carta Gantt del Trabajo de Titulación.
4.2 Estudio de mercado
El estudio de mercado consideró datos de superficie de cultivos orgánicos certificados,
producción uvas y superficie dedicadas a vinificación en Chile y el mundo, la demanda de
fungicidas a nivel nacional y el tamaño de mercado de diversos pesticidas.
4.3 Diagrama de bloques para la estimación de orujo fresco.
Figura 4.2: Diagrama de bloques de estimación de masa total de orujo fresco
5
En el diagrama de bloques se muestran los datos que fueron necesarios para el cálculo de
la masa de orujo fresco utilizado en la producción del fungicida natural, de forma tal de
abarcar el total de las hectáreas orgánicas de vid.
4.4 Modelamientos de procesos en software SuperPro Designer.
Una vez estimada la demanda como se indica en los puntos 4.1 y 4.2, el siguiente paso es
el modelamiento de los procesos, de forma tal de poder producir el fungicida acorde a dicha
demanda. El software Superpro Designer solicita diferentes parámetros según la operación
unitaria que se esté llevando a cabo, tales como tiempo de operación, flujo másico, área de
transferencia de calor, temperatura, etc. Parámetros que están indicados en la sección 5.2
para los principales equipos.
4.5 Modelamiento del costo de capital total del proyecto.
El modelamiento del costo de capital en el software, se realizó mediante el precio total de
equipo (PC) comprado. Para el cálculo, se utilizó un set de factores distribuidos en piping,
instrumentación, instalaciones eléctricas, etc. Según como se muestra en la tabla 4.1 y 4.2
Tabla 4.1 Resumen de factores utilizados para el cálculo de los costos directos asociados
a la inversión en capital fijo.
Costos directos Factor x (PC)
Piping 0,11
Instrumentación 0,28
Instalaciones eléctricas 0,1
Edificaciones 0,2
Mejoramiento de áreas 0,06
Instalaciones auxiliares 0,16
Tabla 4.2 Resumen de factores utilizados para el cálculo de los costos indirectos asociados
a la inversión en capital fijo. (DC: Costos directos, IC: Costos Indirectos).
Costos indirectos Factor
Ingeniería y supervisión 0,25 x (DC)
Construcción 0,27 x (DC)
Cargos por contratistas 0,15 x (DC+IC)
Contigencia 0,29x (DC+IC)
6
4.6 Capital de trabajo
El cálculo del capital de trabajo fue estimado por el software para que cubriera los gastos
de operación de 30 días para las materias primas, labor, servicios y tratamiento de residuos.
4.7 Estimación de costos de manufactura.
Los costos de manufactura fueron estimados directamente utilizando los precios unitarios
de materias primas, labor y servicios, cuyos costos se detallan en la tabla 4.3, 4.4 y 4.5
respectivamente.
Tabla 4.3: Detalle de costos de materias primas del proceso.
Materia prima Costo Unitario ($USD) Unidad de Referencia
Orujo de uva 2,00 Ton
Goma Éster 2,85 kg
Monoglicérido 1,63 kg
Metanol/HCL 1% 0,41 kg
Goma Arábiga 4,93 kg
Tween 20 24,54 kg
Agua Destilada 1,30 kg
Tabla 4.4: Detalle de costos de labor del proceso.
Tipo de labor Costo Unitario ($USD/h)
Operador 15
Tabla 4.5: Detalle de costos de servicios del proceso
Servicio Costo Unitario ($ USD) Unidad de Referencia
Energía 0,22 kwh
Vapor 0,01 kg
Agua Enfriamiento 0,19 ton
Glicol 1,10 kg
7
Además de los costos detallados, se consideró para el análisis el costo de laboratorio de
control y aseguramiento de la calidad, como un 15% del costo total de labor y costos
misceláneos de Investigación y desarrollo (I&D)
4.8 Evaluación económica enSuperPro Designer.
Las consideraciones que tuvieron lugar en la evaluación económica del proyecto son las
siguientes:
- Horizonte de Estudio: 5 años.
- Tasa de retorno mínima aceptada (TREMA): 20%.
- Inflación: 3,75%.
- Costo fijo directo de capital (DFC): 100% en el primer año de estudio.
- Período de depreciación: 4 años.
- Tipo de depreciación: Método de la suma de dígitos de los años.
- Valor de salvamento: 5% del DFC.
- Nivel de producción: Primer año 75% de capacidad y 100 % los años siguientes.
- Impuesto de primera categoría: 20%.
- Nivel de ventas: 100% de la capacidad productiva anual.
8
5. RESULTADOS Y DISCUSIONES
5.1 Estudio de Mercado.
El mercado de los fungicidas forma parte de los pesticidas. El mercado de éstos últimos
alcanzaría un monto de USD $2.8 billones para el 2015 (Cropsite, 2011). Dentro de las
subclasificaciones de pesticidas se pueden encontrar los agentes reguladores de
microorganismos, insectos y malezas tanto sintéticos como biológicos, donde en el caso
particular de biopesticidas, en el año 2008 se estimó que representaría un 3% (USD $750
millones) del mercado total de pesticidas, con una posible expansión al 2015 de unos USD
$1.02 billones (BPIA, 2014).
En cuanto a la demanda de fungicidas y bactericidas que se registró en Chile, alcanzó las
5.005 toneladas en el año 2011, sin embargo la cifra no realiza distinción sobre el origen
(orgánico o sintético) del producto (CEPAL, 2013).
El fungicida natural microencapsulado estará enfocado especialmente a los cultivos de vid.
En el gráfico 5.1, se esquematiza la evolución desde el año 2000 hasta el 2012 de la
superficie mundial de viñedos, donde se aprecia una disminución continuada que comienza
en el año 2003 y alcanza su mínimo en el año 2012, con un total de 7.528.000 hectáreas.
Sin embargo, esta disminución no aplica al caso particular de Chile, ya que el país
experimentó un alza neta de superficie de viñedo del 18% en el mismo periódo de tiempo,
tal y como se observa en el gráfico 5.2.
Gráfico 5.1: Tendencia de la superficie de viñedo mundial en el periódo 2000-2012 (Fuente:
OIV).
9
Gráfico 5.2: Variación en porcentaje de la superficie de viñedo en el período 2000-2012
(Fuente: OIV).
Si bien Chile experimentó un alza en la producción de vinos de un 20% con respecto al
2012, dicho aumento no pudo compensar las disminuciones en la producción de Francia,
España e Italia, y acompañado por un decline de la superficie mundial de los viñedos, el
fenómeno se tradujo en una escasez oferta durante el año 2013. Tal situación generó una
escasez en la oferta mundial de vinos, de forma paralela en que aumentaba
moderadamente su demanda, lo que finalmente facilitaría la expansión de las exportaciones
del mercado chileno (Banfi, 2013), cuestión que se refleja en el progresivo aumento de los
viñedos del país. Este hecho es un indicador potencial de que el principal mercado objetivo
del fungicida se expande, lo que provocaría con ello, un aumento en la demanda del
producto si la situación se mantiene en los años posteriores.
Otro aspecto importante a analizar es la producción de la uva, debido a que corresponde a
un indicador que afecta directamente a la demanda del fungicida, por lo que un escenario
idóneo sería que la cantidad de uvas producidas anualmente vaya en aumento. Según el
gráfico 5.3, durante el periódo 2007-2011, la producción mundial de uvas aumentó desde
655 hasta 714 millones de quintales, sin embargo, hubo un decline en el año 2012,
principalmente, como se esquematiza en el gráfico, a una merma productiva en Europa,
que concentraría cerca del 40% del total de la producción de uvas del mundo.
10
Gráfico 5.3: Producción mundial (eje izquierdo) y porcentaje de producción (eje derecho)
de uva durante el período 2000-2012.
Considerando la superficie orgánica certificada, se puede estimar el nivel de producción del
fungicida, debido a que los agricultores orgánicos no pueden utilizar ningún tipo de
plaguicida sintético (FAO, 2014). La superficie orgánica el año 2010, se estimó en 37
millones de hectáreas, certificadas como tierras agrícolas orgánicas las que se encuentran
distribuidas en 160 países alrededor del mundo. En el gráfico 5.4 a continuación muestra la
evolución de la superficie orgánica a nivel mundial en el periodo 2000-2010 (SAG, 2011),
cuya tendencia es el aumento en la superficie en casi la totalidad del período de estudio.
Gráfico 5.4: Superficie orgánica mundial en el período 2000-2010. (Fuente: SAG)
La mayor cantidad de tierras bajo manejos orgánicos se encuentran en Oceanía que cuenta
con 12,14 millones de hectáreas, seguida de Europa con 10 millones de hectáreas y Latino
América con 8.4 millones de hectáreas. Por su parte los países con mayor superficie
11
orgánica son Australia con 12 millones de hectáreas, Argentina con 4,2 millones y USA con
1,9 millones (SAG, 2011).
A nivel nacional, según el SAG, el crecimiento está liderado por el rubro de recolección
silvestre con 80.870 hectáreas y praderas con 14.341 hectáreas. Otro rubro de importancia
es el de los frutales mayores, en donde se diferencian manzanos, olivos, paltos y kiwis,
además de la uva vinífera, que en conjunto totalizan 11.443 ha, de las cuales 4.536 ha son
de viñedo, que presenta un impulso significativo que tiene su justificación en el importante
mercado exterior de vinos producidos con uvas orgánicas los que son comercializados
mayoritariamente en Europa donde el producto es muy cotizado.
Teniendo en consideración los antecedentes del estudio del mercado, se establece que el
mercado objetivo que el fungicida debiera cubrir, son la superficie de viñedo orgánica y los
frutales mayores y menores susceptibles a infección, teniendo como principio 6823 ha por
aplicación (considerando que se realizan 3 aplicaciones por año).
5.2 Diagrama de bloques y descripción del proceso productivo.
Figura 5.1 Diagrama de bloques del proceso productivo del fungicida microencapsulado.
El proceso de elaboración del fungicida natural está compuesto por las siguientes etapas:
- Etapa 1: Pre-tratamiento
- Etapa 2: Extracción de compuestos fenólicos
- Etapa 3: Concentración del extracto
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- Etapa 4: Formulación del fungicida microencapsulado.
Pre-tratamiento
-Secado
El primer proceso del pre-tratamiento, es el secado, el cual tiene como finalidad disminuir
la humedad del orujo húmedo desde un 77,9% a un 6% en 8 horas a una temperatura de
50 °C y facilitar la molienda del mismo. El proceso es realizado en un secador de bandeja
tipo túnel, donde una corriente de aire es calentada (por convección y radiación) por un
intercambiador de calor, luego por la acción de un ventilador, el aire caliente circula a través
de las bandejas donde está el orujo húmedo, depositadas en carriles dentro del túnel,
produciéndose la remoción del agua de orujo utilizando dos mecanismos de transporte, la
transferencia de masa y la transferencia de energía entre ambos sistemas, como resultado
sale del túnel aire humedecido y orujo seco (Doerner, 2009).
-Molienda
Luego de la remoción del agua del orujo, sigue el proceso de molienda, el cual tiene como
objetivo la disminución del tamaño de partícula del orujo (500 µm) durante 2,7 h, logrando
una mayor área de contacto con el solvente, aumentando la eficiencia del proceso posterior
de extracción de fenoles. El molino de martillos contiene un rotor de alta velocidad que gira
dentro de una carcasa cilíndrica. El rotor posee un collar con martillos en la periferia. La
ruptura se da principalmente por fuerzas de impacto del material y los martillos (Ortegas-
Rivas, 2005)
Extracción de compuestos fenólicos
-Maceración
Para la extracción de los compuestos fenólicos presentes en el orujo de uva seco, se realiza
una extracción solido-líquido, usando la maceración en frio como técnica extractiva, dicho
método, tiene la desventaja de ser lento, sin embargo, necesita un equipo simple
(mezclador-enfriador), poca energía para la separación y no altera la termolabilidad de los
compuestos fenólicos (Fernaroli's, 1975), la temperatura es controlada a 5°C. Dada las
características hidrofóbicas de los compuestos a extraer se utiliza una mezcla de metanol
acidificado (HCl al 1%) como solvente (Prodanov, y otros, 2013). El orujo molido (500 µm)
se sumerge en el mezclador con un volumen de mezcla metanol/HCl, a una razón de 300
g de orujo por litro de metanol/HCl y se agita a 200 rpm, durante 4 horas.
-Filtración
La mezcla metanólica enriquecida con compuestos fenólicos es filtrada en un filtro prensa,
para retener y separar los sólidos del orujo no solubles en el metanol, en este equipo el
metanol enriquecido es bombeado a las cámaras de filtración, que están compuestas por
un marco y dos placas. Las placas provistas de ranuras, están recubiertas con tela filtrante
(con un tamiz de 500 µm). El filtrado o metanol enriquecido atraviesa la tela filtrante y fluye
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por las ranuras a un canal continuo de recogida y se almacena en el depósito de filtrado.
Los sólidos son retenidos por la tela filtrante y forma una torta filtrante de espesor creciente
que llega a un espesor final de 37.7 mm (contiene un 90% de sólidos y una densidad
aparente de 1,6 Kg/L). El aumento de espesor de la torta filtrante aumenta también su
resistencia hidráulica. Cuando se llenan las cámaras o se alcanza una presión diferencial
máxima, termina la etapa de filtración, la cual se estipuló en 1 hora. (Reyes, 2010).
Concentración del extracto
-Evaporación
El filtrado o metanol enriquecido se somete a una etapa de concentración utilizando un
evaporador de capa fina que funciona con vapor saturado a 120° C, con el fin de remover
todo el metanol del extracto. El metanol enriquecido es alimentado por la parte superior del
evaporador, donde es distribuido gravitacionalmente por las paredes del tubo gracias a la
rotación de las cuchillas incorporadas en el eje coaxial del evaporador, la evaporación del
solvente es llevada a cabo mientras la capa fina liquida desciende por las paredes del
cilindro enchaquetado, por el fondo sale el extracto concentrado y en la parte superior sale
el vapor de metanol para ser condensado y luego recirculado a la etapa de maceración para
su reutilización (Janusz, 2011). Para el diseño del equipo, se consideró un coeficiente global
de transferencia de 1906 W/m2°K, que es típico de compuestos orgánicos con bajo punto
de ebullición (SMS, 2014) y un tiempo de evaporación de 1 hora a una presión de vacío
interna de 0,6 bar.
Formulación del fungicida microencapsulado
Formulación
El extracto concentrado es añadido como principio activo de la formulación del fungicida,
en dicho proceso se utilizó la técnica de emulsificación, usando una emulsión del tipo O/W
en una proporción 1/2.5 respectivamente (Contardo, 2007). Las microcápsulas recubiertas
de goma arábiga y ester, encapsulan el extracto en la fase oleosa.
La fase acuosa compuesta por agua destilada, goma arábiga y tween 20, se solubiliza en
un tanque agitado con calefacción eléctrica a 40°C por 30 minutos, mientras que la fase
oleosa compuesta por monoglicérido, goma ester y el principio activo, se solubiliza en otro
tanque agitado con calefacción eléctrica a 90°C por 30 minutos. Solubilizadas ambas fases
se mezclan y se homogenizan por 10 minutos a 10000 RPM.
5.3 Diagrama de flujo de procesos (PFD) y especificación de equipos.
En la figura 5.2 se esquematiza el PFD de la producción del fungicida natural, donde se
muestran los equipos que serán necesarios para la producción del mismo, además en la
tabla 5.1 se muestra los tag que identifican a los equipos, la cantidad necesaria de los
14
mismos para llevar el proceso a cabo, sus capacidades respectivas, material de
construcción y precio por unidad (cotizado con proveedores).
Tabla 5.1: Listado de equipos del PFD con especificaciones de capacidad, material de
construcción y precio (obtenidos directamente con proveedores).
Tag Equipo Cantidad Capacidad Unidades
Material de construcción
Precio ($USD/Unidad)
TDR-101 Secador bandeja 1,00 472,00 m2 SS316 73000,00
GR-101 Molino martillo 1,00 24,95 kg/h CS 1000,00
PFF-101 Filtro prensa 1,00 1,57 m2 SS316 6000,00
V-101 Mezclador 1,00 40,23 L SS316 4000,00
TFE-101 Evaporador de capa fina
1,00 1,50 m2 SS316 34000,00
V-102 Mezclador 1,00 600,00 L SS316 1000,00
HX-101 Condensador 1,00 5,20 m2 CS 3000,00
V-103 Tanque receptor 1,00 100,00 L SS316 1000,00
V-104 Mezclador 1,00 131,16 L SS316 4000,00
FL-101 Llenadora envasadora
1,00 397,72 envases/h SS316 3000,00
PM-101 Bomba centrífuga 1,00 0,13 kW SS316 1000,00
PM-102 Bomba centrífuga 1,00 0,01 kW SS316 1000,00
PM-103 Bomba centrífuga 1,00 0,01 kW SS316 1000,00
PM-104 Bomba centrífuga 1,00 0,01 kW SS316 1000,00
PM-105 Bomba centrífuga 1,00 0,01 kW SS316 1000,00
HG-101 Ultraturrax 1,00 708,28 L/h SS316 9000,00
Las capacidades de los equipos mostradas en la tabla 5.1, son las calculadas por el
software SuperPro Designer, en función de los parámetros que se introdujeron para el
dimensionamiento de equipo y la indicación del flujo de orujo fresco por batch de la corriente
de alimentación S-101 del PFD de la figura 5.2, el cual corresponde a 165,7 kg/batch. Con
dicho flujo de alimentación, se obtiene una producción de 99,43 kg/batch de fungicida
formulado, lo que se traduce en 66 envases/batch de 1,5 kg (formato de venta del fungicida)
en un tiempo total de proceso de 17,45 h. Esta producción es suficiente para 6823 ha por
aplicación, considerando que se realizan 3 aplicaciones por año para el caso de los viñedos,
se abarcaría un total de 20.469 ha aproximadamente.
Cabe destacar que se consideró para la recirculación de metanol, una remoción del 100%
desde el evaporador y una purga del 10%, para evitar la acumulación excesiva de
impurezas en el metanol recirculado hacia V-102 (Henley & Rosen, 2002),
15
Figura 5.2: Diagrama de flujo de procesos para la producción del fungicida natural microencapsulado.
16
5.4 Costo de capital total del proyecto.
Tabla 5.2: Detalle de costos directos e indirectos de la planta.
Costo total directo de planta (TPDC)
Costo de equipo comprado 159000,00
Instalación 50000,00
Piping 17000,00
Instrumentación 45000,00
Sistemas eléctricos (instalados) 16000,00
Edificaciones 32000,00
Mejoramiento de áreas 10000,00
Instalaciones auxiliares 25000,00
TPDC 354000,00
Costo total indirecto de planta (TPIC)
Ingeniería 88000,00
Construcción 96000,00
TPIC 184000,00
Costo total de planta (TPC = TPDC+TPIC)
TPC 538000,00
Cargos por contratista y contingencia (CFC)
12. Cargos por contratista 81000,00
13. Contingencia 156000,00
CFC 237000,00
Costo fijo directo (DFC = TPC+CFC)
DFC 775000,00
En la tabla 5.2, se detallan los diferentes tipos de costos involucrados previo a la puesta en
marcha de la planta, los cuales son necesarios para poder construirla, adquirir todos los
equipos necesarios e instalarlos, comprar y mejorar el terreno y poner en marcha los
servicios. El costo total directo de la planta (TPDC) está destinado a cubrir todos los gastos
referente a las intalaciones para la manufactura, mientras que los costos indirectos se
enfoncan en gastos legales, ingeniería, licencias de software o incluso gastos como la
contingencia, que son considerados en caso de algún evento no previsto, como
inundaciones, accidentes, etc. (Peters, Timmerhaus, & West, 2011). Los factores utilizados
para el cálculo de la planta son los típicos de una que maneja en su línea de procesos
sólidos y fluidos, éstos fueron expuestos en la sección 4.4 en función del costo de equipo
comprado. Finalmente, el costo fijo directo de la planta, resulta ser de USD$ 775.000. Cabe
mencionar que esta clase de estimado basado en la distribución de factores sobre el costo
de equipo comprado posee un error asociado de aproximadamente un ± 30% (Peters, y
otros, 2011).
17
5.5 Capital de trabajo.
El capital de trabajo, estimado en el proyecto totaliza USD $ 95.000, los cuales son
destinados para el pago de salarios, el costo de materias primas y servicios durante los
primeros 30 días posterior a la puesta en marcha de la planta. El capital de trabajo, se utiliza
en definitiva, para comenzar las operaciones necesarias para la manufactura en una
primera instancia (Graham, 2006).
5.6 Costo de manufactura:
Los costos de manufactura incluyen todos los gastos que están directamente relacionados
con la fabricación del producto, tales como el funcionamiento de los equipos, la labor
directa, costos de materias primas, servicios, pago de royalties, impuestos a la propiedad,
y costos asociados a las instalaciones en sí, como lo es el mantenimiento de los equipos
(Peters, y otros, 2011).
Tabla 5.3: Costo de materias primas de manufactura del fungicida natural.
Materias primas Costos unitarios
($USD) Cantidad anual
Unidades
Costo anual ($USD)
%
Orujo 2,00 166,00 ton 333,00 0,14
Goma Éster 2,85 4236,00 kg 12073,00 4,99
Monoglicérido 1,63 12727,00 kg 20744,00 8,57
Metanol/HCL 1% 0,41 27470,00 kg 11362,00 4,69
Goma Arábiga 4,93 10094,00 kg 49763,00 20,55
Tween 20 24,54 3398,00 kg 83388,00 34,43
Agua Destilada 1,30 45905,00 kg 59677,00 24,64
Materiales Discretos
Costo unitario ($USD/Entidad)
Entidades anuales
Costo Anual %
Empaque aluminio 0,08 60387,00
4831,00 1,99
TOTAL
242.170,00 100,00
El costo de materias primas fue estimado utilizando los precios unitarios de cada una de
ellas y la cantidad anual requerida por el proceso. Los precios fueron obtenidos desde la
web https://www.zauba.com, dedicada a difundir precios para la importación de productos
químicos.
En la tabla 5.3, se aprecia que el mayor porcentaje de costo anual lo tiene el Tween 20, con
un 34.43%, seguido por el agua destilada con un 24,64% y la goma arábiga con un 20,65%.
Es destacable además que el precio que posee menor participación porcentual (0,14%) en
el total de los costos de materias primas es el orujo de uva, resultado que era esperable
18
dada su condición de residuo industrial de la producción de vino, que se vende a un bajo
precio promedio de $USD 2 por tonelada (Cáceres, Cáceres, Hein, Molina, & Pia, 2011).
5.7 Costo de Labor
El costo de labor fue estimado por la demanda total de horas-labor/año, que resultan, según
el software en 23.749 horas-labor/año, Esto indica que, el costo de labor total asciende a
USD$ 356.239, si se considera que el proceso se extiende por 17.45 horas.
5.8 Costo de Servicios.
Tabla 5.4: Costos anuales de servicios de la planta productora de fungicida natural.
Servicio Costo Unitario
($ USD) Cantidad Anual Unidades
Costo anual ($USD)
%
Energía Eléctrica 0,22 163095,00 kW-h 35473,00 9,21
Vapor 0,01 347086,00 kg 4408,00 1,14
Agua Fría 0,19 16151,00 ton 2988,00 0,78
Glicol 1,10 311066,00 kg 342172,00 88,87
TOTAL
385041,00 100,00
Los costos de servicio fueron estimados con el software a través de los requerimientos
energéticos del proceso, éstos ascienden a un valor de $USD 385.041. En la tabla 5.4, se
advierte que el agente refrigerante gicol, utilizado en el equipo V-102, posee la mayor
participación porcentual de los servicios, debido al control de temperatura a 5° C que debe
tener el mixer para realizar la maceración.
Tabla 5.5: Resumen de Costos de manufactura.
Tipo de Costo $ %
Materias Primas 242000,00 17,62
Labor de Operación 356000,00 25,93
Dependiente de Instalaciones 260000,00 18,94
Laboratorio de Control de Calidad 53000,00 3,89
Disposición de Residuos 21000,00 1,52
Servicios 385000,00 28,02
I&D 20000,00 1,46
Difusión y Ventas 36000,00 2,62
TOTAL 1374000,00 100,00
19
En la tabla 5.5 se muestra el resumen y el costo total de manufactura asociado al proceso,
el cual es de $USD 1.374.000, donde los servicios resultan ser los más costosos, con un
28,02% del costo total. Además se observa que el costo de labor posee un 25,93% del
costo total de manufactura, resultado que en plantas es relativamente común (entre un 10
al 20% del costo de manufactura) (Peters, y otros, 2011).
5.9 Flujo de caja y análisis de rentabilidad.
Tabla 5.6: Flujo de caja en horizonte de 5 años de proyecto (Miles de dólares)
Año Inversión Capital
Ingresos Costo de
operación Ganancia
Bruta Depreciación
Ganancia Gravable
Impuestos Ganancia
Neta FEDI
1,00 - 775 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 - 775
2,00 - 95 1225,00 1248,00 - 23 294,00 0,00 0,00 - 23 176,00
3,00 0,00 1781,00 1411,00 371,00 221,00 371,00 74,00 296,00 517,00
4,00 0,00 1781,00 1337,00 444,00 147,00 444,00 89,00 355,00 502,00
5,00 134,00 1781,00 1264,00 518,00 74,00 518,00 104,00 414,00 622,00
El flujo de caja presentado en la tabla 5.6, en un horizonte de 5 años de estudio, resulta en
un Valor actual neto (VAN) de USD$ 322.000 considerando una tasa de retorno mínima
aceptada (TREMA) de 20%, utilizada en caso de proyectos con un nivel de riesgo medio,
donde un nuevo producto intenta entrar en un mercado establecido.
Tabla 5.7: Resumen ejecutivo del proyecto.
Inversión en capital total $ USD 909000,00
Costos de Operación $USD 1374000,00/año
Ingresos $USD 1781000,00/año
Tasa anual de base de costos 60386,73 entidades/año
Costo de producción Unitario $USD 22,76/entidad
Ingresos por unidad producida $USD 29,50/entidad
Margen de ganancia Bruta 22,86%
Retorno sobre la inversión (ROI) 56,11%
Período de devolución (PBP) 1,78 años
TIR 37,11%
NPV ( a 20%) 322,000,00
En la tabla 5.7, se incluye el resumen ejecutivo del proyecto, que informa sobre las
principales medidas de rentabilidad económica. Debido a que tanto la ROI y la TIR superan
el valor de la TREMA, bajo los supuestos planteados de funcionamiento de planta de 75%
durante el primer año, y en los otros cuatro posteriores existan ventas del 100% del
producto, el proyecto sería económicamente rentable. Además el periódo de devolución de
la inversión de capital es de 1,78 años, por lo que antes del segundo año de funcionamiento,
la planta ya retornaría la inversión de capital. Sin embargo, a estos análisis preliminares se
20
debería agregar el análisis de sensiblidad económica, para estudiar la forma en que cambia
el VAN bajo diferentes modificaciones, como variaciones de precio en materias primas,
aumento de impuestos, etc. Por otro lado, se debe también considerar el precio de
fungicidas naturales competidores, teniendo en cuenta el rendimiento por hectárea, debido
a que, si bien el precio de venta de una unidad de producto es de 29,5 dólares, éste no
rinde completamente una héctarea, debido a que se necesitan aproximadamente 4,425
kg/ha, en lugar de 1,5 kg, que es el formato de venta del producto. Por lo que, si se piensa
en tratar fitosanitariamente una hectárea completa, se deberían comprar 3 paquetes de
fungicida, cuyo precio sería de 88,5 dólares. Este último precio sería el indicador posterior
para los análisis de los competidores directos.
6. Conclusiones Parciales
- La implementación de la planta productora de fungicida natural es factible técnicamente,
debido a que están disponibles los equipos necesarios para su funcionamiento.
- La capacidad de planta es de 99,42 kg/batch de fungicida microencapsulado, por cada
165.7 kg/batch de orujo fresco alimentado a la línea de proceso.
- El costo fijo directo de la planta es de $USD 775.000, con un capital de trabajo de $USD
95.000.
- Los costos de operación del proceso totalizan $USD 1.374.000/año.
- Los ingresos por concepto de ventas del fungicida ascienden a $USD 1.781.000/año.
- El análisis de rentabilidad del proyecto, en un horizonte de 5 años, presenta un valor actual
neto de $USD 322.000 (20%), con una tasa interna de retorno de 37,11%, por lo que el
proyecto sería viable bajo las condiciones expuestas.
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