PRODUCCIN DE CIDO POLILCTICO A PARTIR DE MAZ

INSTITUTO POLITCNICO NACIONALUNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGA

Mxico, D. F. Septiembre de 2015

TRABAJO ESCRITO CORRESPONDIENTE A LA UNIDAD DE APRENDIZAJE DISEO DE PLANTAS (TALLER)

TTULO DEL TRABAJO:Produccin de cido polilctico a partir de maz

PRESENTAN: Aguilar Valencia Rodrigo Bautista Morales Joselyn Cabrera Gutirrez Mara Isabel Granados Morales Cinthia Ortega Nonoal Cristina Ramrez Guerrero Nancy Cecilia Valle Moreno Andrs

DIRIGIDA POR:

M. en E. ERENDIRA RAMOS RODRIGUEZ

ASESOR:

Comment by Home: Hoja de firmas de los compaeros que previamente haban trabajado en el desarrollo del presente proyecto con firmas de enterados y conformidad de que se continue trabajando con el mismo en esta materia

Contenido1.INTRODUCCIN GENERAL.32.OBJETIVO.5Objetivos del estudio5Objetivos del proyecto53.TAMAO DE LA PLANTA Y LOCALIZACIN.53.1Determinacin de la capacidad instalada con base a los tamaos de los mercados de consumo y abastecimiento.53.2Localizacin con base a la ubicacin y caractersticas de los mercados de consumo y abastecimiento.144.INGENIERA BSICA DEL PROCESO16a)Generalidades17b)Capacidad instalada, rendimiento y flexibilidad17c)Especificaciones de las alimentaciones17d)Especificaciones de los productos17e)Condiciones de la alimentacin en lmite de batera17f)Condiciones de los productos en lmite de batera17g)Eliminacin de desechos17h)Estudio de impacto ambiental (requisitos, guas, normas, etc.)17i)Validacin y legislacin biofarmacutica (PNOs y NOM-059)17j)COFEPRIS (requisitos para certificacin del diseo)174.2 Diagrama de flujo del proceso174.3 Descripcin detallada del proceso174.4 Memoria de clculo del Balance de materia y calor del proceso174.5 Memoria de clculo del equipo de proceso174.6 Lista de equipo de proceso: nomenclatura/ caractersticas bsicas/ costo174.7 Diagrama de tubera e instrumentacin de proceso17a)memoria de clculo de tuberas174.8 Diagrama de elevacin e isomtrico de los equipos de proceso174.9 Hojas de especificacin del equipo de proceso17a)tanques, recipientes y agitadores17b)bombas17c)intercambiadores de calor17d)otro174.10 Hojas de especificacin de instrumentos y vlvulas de proceso17a)instrumentos: temperatura, presin, flujo, nivel, otros17b)vlvulas: manuales y de control.175. Ingeniera Bsica Servicios Auxiliares185.1 rea de servicios auxiliares18a)Requerimientos de servicios e insumos18b)Diagrama de balance de servicios (aire, agua y vapor)18c)Balances de materia y energa (aire, agua y vapor)18d)Memoria de clculo del equipo18e)Lista de equipo: nomenclatura/ caractersticas bsicas/ costo18f)Hojas de especificacin de equipos de servicios auxiliares: calderas, compresores, unidades de refrigeracin, torres de enfriamiento, equipo de vaco, otros18g)Diagrama isomtrico de los servicios de la planta185.2 Distribucin de planta18a)Arreglo de equipo en las reas de proceso y dimensionamiento de las reas18b)Arreglo de equipo en las reas de servicios auxiliares y dimensionamiento de las reas18c)Lista de reas de la planta18d)Plano de distribucin de las reas de la planta185.3 Diagrama unifilar de la planta185.4 Diagrama elctrico de la planta185.5 Diagrama hidrulico de la planta185.6 Programa maestro de ejecucin del proyecto18a)Diagrama de Gant para la procuracin, construccin, instalacin y arranque de la planta18b)Cuadro tcnico comparativo para la adquisicin de equipo de proceso18c)Protocolo normalizado de operacin del equipo (PNOs)186. Estudio de prefactibilidad econmica196.1 Monto de la inversin del bioproceso19a)Costo del equipo de proceso19b)Estimacin de la inversin fija por el mtodo de factores desglosados196.2 Costos de operacin19a)Cuadro del Programa de operacin19b)Cuadro de los Costos totales de operacin19i.Costos directos19ii.Costos indirectos19iii.Gastos generales: Mtodo de amortizacin del crdito19iv.Volumen mnimo econmico de operacin196.3 Rentabilidad del proceso19a)Cuadro de Ingresos por ventas19b)Cuadro de Estado de resultados19c)Cuadro de Capital de trabajo19d)Cuadro de Flujo de efectivo19e)Determinacin de la Tasa Interna de Retorno y de la TREMA196.4 Anlisis de sensibilidad19a)Con respecto al mtodo de amortizacin del crdito19b)Con respecto al porcentaje de financiamiento de la inversin fija19c)Precio mximo de las materias primas principales y precio mnimo del producto que sigan haciendo rentable el proyecto.19d)Capacidad instalada mnima que siga haciendo rentable el proyecto197. Conclusiones198. Bibliografa19

1. INTRODUCCIN GENERAL.

Una de las tendencias sociales y tecnolgicas actuales es la compra de productos y desarrollo de procesos que tengan un menor impacto en el medio ambiente (Grupo de Desarrollo Regional del Tecnolgico de Monterrey, 2009), y es debido a ello que el cido polilctico representa un nicho de mercado que va en crecimiento a nivel mundial.

El cido poli-lctico (PLA) es un polmero biodegradable derivado del cido lctico. Es un material altamente verstil, que se hace a partir de recursos renovables como son la maz, la remolacha, el trigo y otros productos ricos en almidn. Este cido tiene muchas caractersticas equivalentes e incluso mejores que muchos plsticos derivados del petrleo, lo que hace que sea eficaz para una gran variedad de usos, en nuestro caso su uso se enfoca en la produccin de biomateriales tiles en medicina. Las caractersticas mecnicas, farmacuticas y de bioabsorcin son dependientes de parmetros controlables tales como la composicin qumica y el peso molecular del polmero. El margen de tiempo para la bioabsorcin del polmero puede ser de tan slo unas semanas a algunos aos y se puede regular por medio de diversas formulaciones y de la adicin de radicales en sus cadenas.

Alrededor del mundo, el PLA se est convirtiendo en la nueva tendencia de adquisicin y se puede comprobar con la creciente aparicin de empresas productoras, entre las que se encuentran: Cargill Dow Inc. (EUA), Nature Works (EUA), Mitsui Chemical (Japn), Galactic (Blgica), BIOMER (Alemania), Snamprogetti (China), etc. Por otro lado, en Mxico no existen productores de dicho material, por lo que el mercado se basa en la importacin. Debido a lo anterior, la produccin de PLA puede significar un gran nicho de oportunidad en el mercado nacional.

Clasificacin del producto Consumo intermediario: satisface la demanda requerida por diferentes empresas fabricantes de implantes; las caractersticas y absorbibilidad hacen de los polmeros derivados del cido poli-lctico un candidato ideal para implantes en el hueso o en el tejido. Frecuencia de uso El uso del producto es de alta frecuencia debido a que la demanda de implantes de caractersticas compatibles con el sistema biolgico de las personas siempre es requerido e incluso est en aumento.

Beneficios de uso Como material biocompatible usado para ciruga ortopdica, oftalmologa, ortodoncia; lanzamiento controlado de medicamentos contra el cncer, y para suturas (ciruga del ojo, ciruga del pecho y abdomen).

Descripcin geogrfica Nivel nacional: el cido polilctico usado como polmero para la fabricacin de este tipo de productos es obtenido a travs de importaciones, se busca producir este compuesto a nivel nacional para reducir costos y apoyar al sector de salud pblica. Recursos naturales: produccin a partir de recursos renovables de fcil obtencin y bajo costo.Descripcin demogrfica Nivel de ingresos: al ser producido a nivel nacional se busca aminorar costos para que pueda ser subsidiado y utilizado en el sector de salud pblica, o en su defecto la adquisicin del producto final, por la persona que requiera el material para ciruga, sea a precios ms accesibles.

2. OBJETIVOS.

Objetivos del estudio

Comprobar la existencia de mercado de cido polilactico (PLA) en Mxico y determinar la demanda insatisfecha. Cotejar la disponibilidad de materia prima y tecnologa en Mxico para el proceso de obtencin del PLA. Determinar costo y precio por una tonelada de PLA. Definir la rentabilidad de la produccin de PLA.Objetivos del proyecto Crear una planta productora de cido polilctico a partir de maz que disminuya la importacin del mismo, cubriendo el 38% de la Demanda Potencial Insatisfecha.

3. TAMAO DE LA PLANTA Y LOCALIZACIN.

3.1 Determinacin de la capacidad instalada con base a los tamaos de los mercados de consumo y abastecimiento.

Anlisis de la demandaLa elaboracin del producto est enfocado para su venta a empresas que lo requieran como materia prima a nivel nacional pues se tiene considerado que el cido poli-lctico consumido en Mxico se obtiene mediante importaciones.

A continuacin se muestran los consumidores a nivel nacional de los cuales se tienen registros de su consumo en kg o toneladas de PLA y la frecuencia de uso.

Tabla 1. Consumidores de PLA en Mxico

Producto SolicitadoEstadoConsumo aproximadoFrecuencia de consumo

cido Polilctico

Puerto Vallarta, Jalisco, Mxico100 kgAnual

Guadalajara, Jalisco, Mxico25 kg

San Juan del Rio, Quertaro, Mxico2 TonQuincenal

Estado de Mxico, Ecatepec

40 kgQuincenal

Monterrey, Nuevo Len, Mxico10 kg

Estado de Mxico(Qimirasa s.a. de C.V.)6 TonBimestral

Nuevo Len10 kg

Tultitlan, Estado de Mxico1500 kgMensual

Edo. Mex., Atizapn200 kg Semanal

El consumo de cido poli-lctico (PLA) en 2007 fue de alrededor de 60 mil toneladas y, hasta el momento, slo el 30% del cido lctico producido se utiliza para fabricar PLA. Sin embargo estos son datos de demanda a nivel internacional y solo contempla un ao por lo que no puede realizarse una proyeccin de la demanda a travs de estos datos.Por lo tanto se deber hacer uso de los datos que se poseen de importaciones pues el consumo de PLA a nivel nacional proviene principalmente de importaciones, el cual es posteriormente vendido por empresas distribuidoras nacionales. Al no haber produccin nacional de PLA las exportaciones son nulas, por lo tanto: demanda= produccin nacional + importacin exportacin; donde la produccin y la exportacin es nula. Entonces, la demanda est dada por el volumen de importacin.

Tabla 2. En la tabla se muestra la cantidad de toneladas importadas por cada ao de cido lctico.AoIMPORTACIN

1974235.573

1975269.469

1976322.38

1977213.593

1978243.625

1979305.412

1980458.411

1981456.261

1982656.629

1983323.518

1984478.794

Tabla 3. Tomando en cuenta que solo el 30% del cido lctico se utiliza para producir PLA se realiza un ajuste en los datos, en la tabla se muestra la cantidad de toneladas importadas por cada ao de PLA.AoIMPORTACIN

197470.6719

197580.8407

197696.714

197764.0779

197873.0875

197991.6236

1980137.5233

1981136.8783

1982196.9887

198397.0554

1984143.6382

Grfica 1. En la grfica se muestra la lnea de tendencia de los valores de las importaciones por ao, con esta lnea de tendencia se procede a realizar la proyeccin de la demanda.Se procede a estimar los datos de importacin para el ao 2020 mediante la frmula de la liberalizacin, donde:y=8.5505x-16813x=aos

Tabla 4. Proyeccin de la demanda.Grfico. A partir de los datos obtenidos en la tabla 1, se proyect la demanda al ao 2020, considerando un crecimiento lineal de la importacin en toneladas.

AoIMPORTACION

2015416.2575

2016424.8080

2017433.3585

2018441.9090

2019450.4595

2020459.0100

2021467.5605

2022476.1100

2023484.6615

2024493.2120

*Datos de la proyeccin del ao 2015 al 2024 en toneladas

Anlisis de la ofertaTeniendo en cuenta que el PLA no se produce a nivel nacional no se tienen competidores a nivel regional, se debe tomar como competidores a las empresas extranjeras productoras de PLA de donde vienen las importaciones.

Tabla 5. Empresas productoras

El productor ms importante es sin dudas el de NatureWorks (Nebraska, EEUU) con una capacidad de 140 mil ton/ao y precios de venta (por kilogramo) entre los 2,5 y los 5,5. Los problemas que trae consigo el hecho de que el PLA consumido en el pas sea de importacin son el aumento del precio y el tiempo de espera para obtener el producto.

Datos histricos y proyeccin de la ofertaAl tratarse de un producto cuya produccin es abarcada por empresas extranjeras no hay pronstico de oferta o historial pues no hay en existencia empresas dedicadas a la fabricacin del PLA de forma nacional.

Pronostico de ventasExiste una demanda de PLA de 459.01 ton anuales segn la proyeccin de la demanda, segn los datos de la tabla 1 de algunos de los consumidores de PLA en Mxico, la cantidad consumida por esos sectores es aproximada a 112.660 ton anuales aproximado al 24.5% de la demanda anual; se propone cumplir con satisfacer el 50% de la demanda nacional de los 75% restantes, por lo que se producirn 229.5 ton de PLA anuales, el producto tendr una presentacin de barriles de 100 L, produciendo mensualmente 19.125 ton de PLA, entonces se buscara cubrir la mitad de la demanda actual tomando en consideracin que al ser producida en el pas se ahorrar el costo de importacin y se ofrecer a un precio ms bajo a los consumidores.

Tabla 6. Obtencin de precio promedio considerando que 1 dlar = $15.2 pesos mexicanos.

Precio por ton (en dlares)Precio por kg (en pesos)

4300282.894737

3200210.526316

2500164.473684

3800250

PROMEDIO

3450 dol/ton226.973684

Anlisis de precios:Costo promedio en Europa: 300 pesos/kilogramoCosto promedio en Estados Unidos: 71 pesos/kilogramoAnlisis histrico: 170 pesos/kilogramo en 2008Proyeccin de precios: probablemente se vuelva ms barato por su demanda en aumento. De acuerdo a un estudio, la demanda mundial decido polilctico(PLA por sus siglas en ingls) alcanzar 5,200 millones para 2020.El reporte de Allied Market Research indic que el mercado de PLA crecer a una tasa anual compuesta de 19.5% del 2013 al 2020.A pesar de tener un crecimiento comparativamente ms lento, Europa continuar liderando en trminos de ingreso hacia 2020, mientras que la regin Asia Pacfico podr esperar un crecimiento de 21.6% durante el mismo periodo, de acuerdo al reporte.La analista de Allied Market Research, Sarah Clark y Ranjan Singh dicen que los gobiernos estn imponiendo bloqueos a los productos en base a combustibles fsiles, como bolsas de plstico y estn mejorando los incentivos para la produccin de PLA de base biolgica.El reporte, que analiz el mercado de PLA bajo categoras como aplicacin y materias primas, tambin los costos bajos y alta disponibilidad de materias primas contribuye a la eficiencia en costos del PLA.

Canales de comercializacin:

La demanda de PLA en Mxico se realiza principalmente para la fabricacin de nuevos materiales. Nuestro producto estar enfocado en el rea de biomateriales, por lo que nuestros principales consumidores sern empresas dedicadas a la fabricacin de dichos materiales. Este enfoque a nuestra empresa nos convierte en una empresa que tiene relacin directa con el cliente. Actualmente no pretendemos tener distribuidores intermediarios. En la actualidad los canales de comunicacin de la comercializacin de PLA se realizan de la siguiente forma

Tiene esta estructura debido a que este producto es puramente importado. Se fabrica principalmente en Asia, en su pas de origen existen mayoristas que contactan a otros mayoristas Mexicanos para su distribucin, enseguida se vende a minoritarios y al consumidor final. Se sabe que Mxico se ha convertido en el pas ms importante para la Naviera American President Lines (APL), debido a que existe un gran nmero de importaciones anuales de APL. Nuestro objetivo es recortar el tamao de este canal de comunicacin pues este incrementa el precio del producto debido al gasto por importacin. El canal que pretendemos realizar es:

La materia prima para la produccin de PLA es muy comn y barata en Mxico, adems el ahorro por importacin permitirn disminuir el precio.

Tamao de la planta

UNIDADES AL AO: De acuerdo con el anlisis de la demanda, nuestra empresa tiene como objetivo principal cumplir con la demanda nacional que es de 450 toneladas por ao. Lo que lleva a una produccin de aproximadamente 1.25 Toneladas diarias.

PORCENTAJE DE UTILIZACIN:Para comenzar se plantea producir el treinta por ciento de la capacidad mxima de la empresa, debido a que se trata de una nueva empresa que deber competir de manera internacional. El otro setenta por ciento de la inversin se dedicar a publicidad.

CAPACIDAD DE LA PRODUCCIN:En este punto se aborda la parte de la maquinaria pues es importante considerar que tipo de ella se tendr que adquirir con el fin de optimizar los tiempos y no sobre producir o perder consumidores por falta de productos:Se realiza un diagrama de flujo:

El fermentador forma una ruta crtica debida a que el aparato no soporta la misma cantidad que el ltimo elemento

Lista de materialesSe sabe que por cada 2.5 kg de maz se obtiene 1 kg de PLA (2008, Gonzlez), entonces para el porcentaje de demanda a cubrir se utilizarn 91.8 toneladas anuales de maz. Por otro lado, el precio por kg de maz promedia entre los $3 pesos mexicanos, lo que representa un costo de $275400 anuales.En cuanto al equipo para llevar a cabo la fermentacin, existe en Mxico un vasto sector de la industria dedicado a la elaboracin de biorreactores, gracias a una industria fuerte de alimentos fermentados como la cerveza. As mismo, existen otras empresas dedicadas a proveer mquinas condensadoras para la sntesis del biopolmero. Sin embargo, cabe mencionar que Mxico es el 4to pas en importacin de mquinas y herramientas.Para los procesos que conllevan calor se requiere tambin suficiente abasto de agua, que a pesar de su disponibilidad en el pas, tendr que ser regulado su uso por normatividad federal.Otros insumos son: reguladores de pH, oxgeno comprimido y energa, para los cules existen suficientes proveedores.Como conclusin, Mxico tiene los recursos y equipo suficiente para su produccin a gran escala.

Programa de produccinAl producirse nicamente PLA en la planta y al tratarse de un proceso en lnea en el cual no es posible realizar actividades paralelas se est hablando de un proceso productivo continuo o en lnea, esto implica la utilizacin de cierto equipo especifico y por tal ms costoso, sin embargo los volmenes de produccin son grandes y el proceso eficiente.

Figura 1. Produccin de PLA proceso continuo. Se puede observar que la materia prima lleva una lnea en el proceso, es decir, no es posible realizar una operacin antes o al mismo tiempo que otra.

3.2 Localizacin con base a la ubicacin y caractersticas de los mercados de consumo y abastecimiento.

Localizacin de la plantaLa obtencin de materia prima de una forma rpida y econmica nos orilla a visualizar los estados de Sinaloa, Michoacn y Estado de Mxico como los sitios en los cuales localizar una o varias clulas de la empresa; Sinaloa debido a que es el principal productor de granos en Mxico; Michoacn es uno de los principales productores de Maz y trigo, adems se encuentra en el centro del pas; y el Estado de Mxico por su ubicacin geogrfica resulta ser atractivo.Opcin 1: Sinaloa Opcin 2: Michoacn Opcin 3: Estado de Mxico

Tabla 2. Localizacin de la planta, se puede observar la evolucin de los puntos consideramos con mayor importancia para la eleccin del lugar de ubicacin de la planta, al final se observan las sumas de cada uno de los puntos y el resultado con mayor total de puntos result ser la opcin 3, es decir, la planta se localizara en el estado de Mxico pues se observaron mejores oportunidades en cada una de las categoras de los factores de relevancia.

Factor Relevante Peso Opcin 1 Opcin 2Opcin 3

Calificacin Proteccin Calificacin Proteccin Calificacin Proteccin

Geogrficos

Comunicaciones 0.062590.562580.5100.625

Regin 0.0625100.62590.5625100.625

Clima 0.062580.590.562590.5625

Nivel de contaminacin 0.0625100.62580.560.375

Econmicas

Costos de insumos 0.062590.562590.562580.5

Mano de obra 0.062590.562587

Materia Prima 0.0625100.625100.625100.625

Agua0.062590.562590.562590.5625

Electricidad 0.0625100.625100.625100.625

Institucionales0.062590.56258100.625

Planes y estrategias de desarrollo 0.0625100.62590.5625100.625

Normatividades 0.062574.37574.37574.375

Sociales

Hospitales0.062590.562590.562590.5625

Escuelas0.062590.5625890.5625

Centros recreativos 0.0625100.62574.37574.375

Cultura 0.062574.37574.37574.375

16.937518.7520

4. INGENIERA BSICA DEL PROCESO 4.1 Bases de diseo a) Generalidadesb) Capacidad instalada, rendimiento y flexibilidadc) Especificaciones de las alimentacionesd) Especificaciones de los productose) Condiciones de la alimentacin en lmite de bateraf) Condiciones de los productos en lmite de baterag) Eliminacin de desechosh) Estudio de impacto ambiental (requisitos, guas, normas, etc.)i) Validacin y legislacin biofarmacutica (PNOs y NOM-059)j) COFEPRIS (requisitos para certificacin del diseo)4.2 Diagrama de flujo del proceso4.3 Descripcin detallada del proceso4.4 Memoria de clculo del Balance de materia y calor del proceso 4.5 Memoria de clculo del equipo de proceso Comment by Home: Puntos que se desarrollaran en segundo y tercer parcial 4.6 Lista de equipo de proceso: nomenclatura/ caractersticas bsicas/ costo4.7 Diagrama de tubera e instrumentacin de procesoa) memoria de clculo de tuberas 4.8 Diagrama de elevacin e isomtrico de los equipos de proceso 4.9 Hojas de especificacin del equipo de procesoa) tanques, recipientes y agitadoresb) bombasc) intercambiadores de calord) otro 4.10 Hojas de especificacin de instrumentos y vlvulas de procesoa) instrumentos: temperatura, presin, flujo, nivel, otrosb) vlvulas: manuales y de control.

5. Ingeniera Bsica Servicios Auxiliares 5.1 rea de servicios auxiliaresa) Requerimientos de servicios e insumosb) Diagrama de balance de servicios (aire, agua y vapor)c) Balances de materia y energa (aire, agua y vapor)d) Memoria de clculo del equipoe) Lista de equipo: nomenclatura/ caractersticas bsicas/ costof) Hojas de especificacin de equipos de servicios auxiliares: calderas, compresores, unidades de refrigeracin, torres de enfriamiento, equipo de vaco, otrosg) Diagrama isomtrico de los servicios de la planta

5.2 Distribucin de plantaa) Arreglo de equipo en las reas de proceso y dimensionamiento de las reas b) Arreglo de equipo en las reas de servicios auxiliares y dimensionamiento de las reas c) Lista de reas de la plantad) Plano de distribucin de las reas de la planta

5.3 Diagrama unifilar de la planta5.4 Diagrama elctrico de la planta5.5 Diagrama hidrulico de la planta5.6 Programa maestro de ejecucin del proyectoa) Diagrama de Gant para la procuracin, construccin, instalacin y arranque de la plantab) Cuadro tcnico comparativo para la adquisicin de equipo de procesoc) Protocolo normalizado de operacin del equipo (PNOs)

6. Estudio de prefactibilidad econmica 6.1 Monto de la inversin del bioprocesoa) Costo del equipo de procesob) Estimacin de la inversin fija por el mtodo de factores desglosados 6.2 Costos de operacina) Cuadro del Programa de operacinb) Cuadro de los Costos totales de operacini. Costos directosii. Costos indirectosiii. Gastos generales: Mtodo de amortizacin del crdito iv. Volumen mnimo econmico de operacin 6.3 Rentabilidad del procesoa) Cuadro de Ingresos por ventasb) Cuadro de Estado de resultados c) Cuadro de Capital de trabajod) Cuadro de Flujo de efectivoe) Determinacin de la Tasa Interna de Retorno y de la TREMA 6.4 Anlisis de sensibilidada) Con respecto al mtodo de amortizacin del crditob) Con respecto al porcentaje de financiamiento de la inversin fijac) Precio mximo de las materias primas principales y precio mnimo del producto que sigan haciendo rentable el proyecto.d) Capacidad instalada mnima que siga haciendo rentable el proyecto

7. Conclusiones8. Bibliografa

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