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An�lisis de localizaci�n para una planta de producci�n industrial de biofertilizante

 

Location analysis for an industrial biofertilizer production plant

 

An�lise de localiza��o para uma planta industrial de produ��o de biofertilizantes

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: adrian_p123@yahoo.com

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ��

Art�culo de Investigaci�n �����

 

 

* Recibido: 20 de marzo de 2022 *Aceptado: 14 de abril de 2022 * Publicado: 16 de mayo de 2022

 

        I.            Investigador Independiente, Ecuador.

      II.            Investigador Independiente, Ecuador.

   III.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

    IV.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

      V.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

Resumen

El objetivo de este art�culo es determinar la ubicaci�n id�nea para una planta de producci�n de biofertilizante en la zona 3 del Ecuador a partir de estudios que hacen referencia a la aplicaci�n del proceso anaer�bico para el aprovechamiento de residuos org�nicos agr�colas; Se aplic� el m�todo de factores ponderados y el m�todo de Brown&Gibson para el an�lisis macro y microlocalizaci�n� para determinar la ubicaci�n id�nea de la planta de producci�n, posteriormente se utiliz� el m�todo SLP (Sistematic Layout Planning)� SDP para la distribuci�n de planta. La aplicaci�n del software Flexsim permiti� simular el proceso productivo y consecuentemente se establecieron los resultados. Despu�s el estudio se determin� que la ubicaci�n id�nea es la ciudad de Tisaleo en la provincia de Tungurahua por la importancia de los factores considerados.

Palabras clave: macrolocalizaci�n; biofertilizante; residuos org�nicos; factores ponderados; biol.

 

Abstract

The aims this article is to determine the ideal location for a biofertilizer production plant in zone 3 of Ecuador based on studies that refer to the application of the anaerobic process for the use of organic agricultural residues; The method of weighted factors and the method of Brown & Gibson for macro and microlocation analysis were applied to determine the ideal location of the production plant, later the SLP (Systematic Layout Planning) SDP method was acquired for the distribution of the plant. The Flexsim software application allowed simulating the production process and consequently the results were produced. After the study will be reduced that the ideal location is the city of Tisaleo in the province of Tungurahua due to the importance of the factors considered .

Keywords: macrolocation; biofertilizer; organic residues; weighted factors; biol.

 

Resumo

O objetivo deste artigo � determinar a localiza��o ideal para uma planta de produ��o de biofertilizantes na zona 3 do Equador com base em estudos que se referem � aplica��o do processo anaer�bio para o aproveitamento de res�duos agr�colas org�nicos; O m�todo dos fatores ponderados e o m�todo de Brown & Gibson foram aplicados para a an�lise de macro e microlocaliza��o para determinar a localiza��o ideal da planta de produ��o, posteriormente o m�todo SLP (Systematic Layout Planning) SDP foi utilizado para a distribui��o da planta. A aplica��o do software Flexsim permitiu simular o processo de produ��o e consequentemente os resultados foram estabelecidos. Ap�s o estudo foi determinado que a localiza��o ideal � a cidade de Tisaleo na prov�ncia de Tungurahua devido � import�ncia dos fatores considerados.

Palavras-chave: macrolocaliza��o; biofertilizante; res�duos org�nicos; fatores ponderados; biol.

 

Introducci�n

La actividad agr�cola es uno de los pilares fundamentales para el desarrollo de Ecuador, especialmente en el �mbito econ�mico y de seguridad alimentaria. Con el prop�sito de fomentar el consumo de alimentos limpios, libres de qu�micos y saludables, as� como aumentar la productividad agr�cola y reducir la contaminaci�n ambiental el Ministerio de Agricultura y Ganader�a de Ecuador promueve el uso de biofertilizantes y de microorganismos como una alternativa para el control del uso adecuado del suelo agr�cola reduciendo el consumo de qu�micos que causan deterioro, infertilidad del suelo as� como contaminaci�n ambiental y p�rdidas econ�micas en particular en los cultivos de mora (MAG, 2017). Los residuos org�nicos como restos de cosecha y excretas de animales de granja constituyen la base de los biofertilizantes.

En la provincia de Chimborazo y Tungurahua, los cultivos de mora provocan el desgaste del suelo por erosi�n y genera residuos provenientes de la poda de sus hojas, las que son desechadas con la basura com�n provocando contaminaci�n ambiental. Seg�n el Censo Agropecuario, en el a�o 2016 se produjeron 4,6 millones de cuyes entre las provincias de Azuay, Tungurahua, Cotopaxi y Chimborazo (Moreta, 2017), la crianza de estos animales genera residuos como el esti�rcol y, en el mejor de los casos, se usan como abonos disponi�ndoles en el suelo sin ning�n tratamiento. Por otro lado, en la crianza de pollos se genera la gallinaza, estos son ricos en macro y micronutrientes y que, al mezclarlos con otros residuos, pueden ser convertidos en un abono l�quido conocido como biol, y abono s�lido empleados a nivel de Latinoam�rica en agricultura org�nica.

El biofertilizante tanto l�quido como s�lido se obtiene mediante el proceso de digesti�n anaer�bica de residuos de origen animal y vegetal mediante el uso de biodigestores (Figura 1). El efluente l�quido contiene bajo potencial de biog�s residual pero alta concentraci�n de Demanda Qu�mica de Ox�geno (DQO), Nitr�geno total y amoniacal, as� como nutrientes (Xia, Murphy, 2016). Su impacto econ�mico y ambiental es evidente, pues reduce los costos de producci�n de los cultivos, asegurando productos org�nicos de buena calidad para la poblaci�n y mitigando la contaminaci�n de los recursos naturales en general (Murillo-Amador et al., 2015).

La digesti�n anaerobia es una fermentaci�n microbiana en ausencia de ox�geno que da lugar a una mezcla de gases (principalmente metano y di�xido de carbono), conocida como "biog�s" y a una suspensi�n acuosa o "lodo" que contiene los microorganismos responsables de la degradaci�n de la materia org�nica convirti�ndola en biofertilizante. La materia prima preferentemente utilizada para ser sometida a este tratamiento es cualquier biomasa residual que posea un alto contenido en humedad, como restos de comida, restos de hojas y hierbas al limpiar un jard�n o un huerto, residuos ganaderos, lodos de plantas depuradoras de aguas residuales urbanas y aguas residuales dom�sticas e industriales. (Obaya & Lorenzo, 2005)

 

Figura 1: Cadena de Valor � Digesti�n anaer�bica

 

 

Debido al incremento en el costo de los fertilizantes qu�micos y a la contaminaci�n que algunos propician en el ambiente cuando se utilizan irracionalmente, es necesario encontrar nuevas alternativas de fertilizaci�n, econ�micas y m�s eficientes. Se considera como una alternativa viable la utilizaci�n de las fuentes org�nicas locales y regionales que tradicionalmente se han subutilizado (Soria, 2001)

Los m�todos de factores ponderados, as� como el m�todo PSD (Planeaci�n Sistem�tica de Distribuci�n) contribuyen con la determinaci�n de localizaci�n y distribuci�n de planta de forma que minimizan los recursos log�sticos para la producci�n de biofertilizante para lograr mayor efectividad en la generaci�n de biofertilizante.

El m�todo de Brown&Gibson consiste en definir los principales factores determinantes en una localizaci�n, para asignarles valores ponderados de peso relativo, de acuerdo con la importancia que se les atribuye. El peso relativo sobre la base de una suma igual a uno depende fuertemente del criterio y experiencia del evaluador. (Carro & Gonz�lez; 2012)

La determinaci�n de la ubicaci�n de la planta es uno de los factores clave cuando se pretende implementar un proyecto exitoso pues se deben considerar los aspectos m�s importantes que le permitir�n a la planta crecer de manera exponencial y adem�s ahorrar grandes costos en transportes u otras consideraciones

La planta industrial se centrar� en el abastecimiento del mercado de la zona 3 inicialmente, donde se encuentran las provincias de Cotopaxi, Tungurahua, Chimborazo y Pastaza en las cuales se destaca mayormente la regi�n sierra, para luego crecer abasteciendo el mercado de otras zonas del Ecuador

 

Metodolog�a

Para la macrolocalizaci�n la planta de biofertilizante necesita de grandes cantidades de materias primas como las hojas de mora, esti�rcol de animal, y otros residuos org�nicos en menor cantidad como el suero de leche y la melaza. Se consideraron las condiciones clim�ticas favorables al proceso como un segundo factor importante para la localizaci�n de la planta as� como la facilidad log�stica de transporte, y la cercan�a al mercado objetivo, con los cuales se aplic� el m�todo de factores ponderados

Para el an�lisis de microlocalizaci�n el m�todo propuesto por Brown&Gibson combina factores posibles de cuantificar (factores objetivos) con factores subjetivos a los que se asignan valores ponderados de peso relativo. (Chase & Jacobs, 2014)

El m�todo consta de cuatro etapas:

��� Asignar un valor relativo a cada factor objetivo para cada localizaci�n optativa viable

��� Estimar un valor relativo de cada factor subjetivo para cada localizaci�n optativa viable

��� Combinar los factores objetivos y subjetivos asign�ndoles una ponderaci�n relativa para obtener una medida de preferencia de localizaci�n (MPL)

��� Seleccionar la ubicaci�n que tenga la m�xima medida de preferencia de localizaci�n utilizando para ello las siguientes f�rmulas:

Medida de preferencia de localizaci�n (MPL)

Factores Objetivo (FO_i)

Factores subjetivos (FS_i)

Donde:

K = Constante definida por expertos

R_ij = comparaci�n por pares. �ndice de importancia relativa

W_j =Ponderaciones asignadas

La t�cnica PSD fue desarrollada por Richard Muther (1961) como un procedimiento sistem�tico multicriterio y relativamente simple, para la resoluci�n de problemas de distribuci�n en planta de diversa naturaleza. El m�todo es aplicable a problemas de distribuci�n en instalaciones industriales, locales comerciales, etc. Establece una serie de etapas y t�cnicas que, como el propio Muther describe, permiten identificar, valorar y visualizar todos los elementos involucrados en la implantaci�n y las relaciones existentes entre ellos; cuya estructura esquem�tica de diez pasos se presenta en la Figura 2.

Figura 2. Esquema del Planeamiento Sistem�tico de la Distribuci�n

 

 

Las fases que establece el PSD (Figura 3) comprende inicialmente el estudio de localizaci�n, y cuando se ha seleccionado el lugar para la instalaci�n comienza el estudio de distribuci�n general a partir de algoritmos de distribuci�n cuyo objetivo es minimizar distancias y recorridos, posteriormente se realiza una distribuci�n detallada para establecer la disposici�n de equipos, departamentos, etc., y finalmente la instalaci�n a cargo de personal especializado en el �rea de la construcci�n y arquitectura

Figura 3. Fases del PSD

 

 

El an�lisis empieza con la calificaci�n de las cercan�as de los departamentos o secciones utilizando la tabla A, posteriormente se identifica y se valora las razones de la relaci�n entre los departamentos y secciones con la tabla B, se elabora el diagrama de relaciones (C) para identificar la intensidad de importancia de la relaci�n� entre los departamentos o secciones y posteriormente se realiza un grafo (D) que permite establecer la distribuci�n preliminar de la instalaci�n en combinaci�n con un diagrama de bloques que representa el �rea de la instalaci�n y sus respectivos departamentos o secciones distribuidas adecuadamente.

�A Calificaci�n de cercan�a. ���������������������������������������������B. Explicaci�n de la calificaci�n 

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C. Diagrama de relaciones ������������������������������������������������D. Grafo de relaciones 

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Resultados y discusi�n

Con la aplicaci�n de los factores ponderados para el an�lisis de macrolocalizaci�n se obtiene un factor de valoraci�n de 4,56 para Tungurahua superior a los dem�s, lo cual permite determinar que es la provincia que brinda mayor probabilidad para el desarrollo efectivo de una planta de producci�n de biofertilizante (tabla 1)

 

Tabla 1. M�todo de factores ponderados para macrolocalizaci�n

		Provincias
Factores	Ponderaci�n	Tungurahua		Cotopaxi		Chimborazo		Pastaza
		calificaci�n	puntos	Calificaci�n	Puntos	calificaci�n	puntos	calificaci�n	Puntos
Disponibilidad de materia prima	0,24	5	1,20	4	0,96	4	0,96	4	0,96
Condiciones clim�ticas	0,16	4	0,64	3	0,48	4	0,64	3	0,48
Cercan�a al mercado	0,20	4	0,80	3	0,60	3	0,60	5	1,00
Disponibilidad de mano de obra	0,16	5	0,80	3	0,48	4	0,64	3	0,48
Accesibilidad vial	0,08	4	0,32	4	0,32	3	0,24	4	0,32
Accesibilidad a los servicios b�sicos	0,16	4	0,64	3	0,48	3	0,48	3	0,48
Seguridad	0,04	4	0,16	3	0,12	4	0,16	2	0,08
Total	1	4,56		3,44		3,72		3,80

 

 

Para el estudio de microlocalizaci�n, con la finalidad de encontrar la ciudad id�nea para la planta de producci�n, se aplic� el m�todo de Brown&Gibson en el cual se debe considerar un costo fijo como factor objetivo, al respecto se toma en cuenta factores como arriendo, energ�a el�ctrica y agua. Para el estudio se determin� una constante K=0,75 as� como los criterios de localizaci�n utilizados en el m�todo de factores ponderados, posteriormente se aplicaron los pasos de Brown&Gibson

Se analizaron los valores de ponderaci�n correspondiente a los factores subjetivos (FS_i) de acuerdo al criterio de tres especialistas y tomando en cuenta cuatro ciudades importantes como las variables de inter�s. (Tabla 2)

 

Tabla 2. Valores de FS_i para cada ciudad

 

 

Posteriormente se calcul� la Medida de Preferencia de Localizaci�n MPL_{i �}tal como se muestra en la tabla 3, de tal forma que la ciudad con un factor de valoraci�n de 0.278, superior a las dem�s, fue la ciudad de Tisaleo.

 

Tabla 3 Valores de la Medida de Preferencia de Localizaci�n MPL_i

 

 

El m�todo de factores ponderados aplicado para el an�lisis de microlocalizaci�n a nivel de ciudad y considerando las ponderaciones anteriores gener� resultados similares que el m�todo de Brow&Gybson tal como se muestra en la siguiente tabla (4)

Tabla 4. Aplicaci�n del m�todo de factores ponderados (Microlocalizaci�n)

 

 

El factor de valoraci�n de 4,20 correspondiente a la ciudad de Tisaleo establece que es el lugar m�s id�neo para la instalaci�n de una planta de biofertilizante por los atributos considerados necesarios para la operaci�n de la planta de producci�n.

Con la aplicaci�n de los dos m�todos de asignaci�n de localizaci�n se determina en ambos casos la factibilidad de establecer una planta de biofertilizante org�nico en la ciudad de Tisaleo por las condiciones consideradas en el estudio. 

Con la finalidad de plantear la distribuci�n de la planta de biofertilizantes, se tomaron en cuenta aspectos como: 

1. Oficinas. 

2. Locales para el personal. 

3. �rea de descarga (Materia Prima). 

4. �rea de clasificaci�n de (Materia prima primaria y secundaria). 

5. �rea de triturado. 

6. �rea de mezclado. 

7. �rea de los biodigestores. 

8. �rea de secado. 

9. �rea de filtrado. 

10. �rea de ensacado 

11. �rea de embotellado. 

12. �rea de almacenamiento de producto terminado. 

A partir de los criterios de calificaci�n seg�n su importancia, se establece un diagrama de relaci�n tal como se muestra en la siguiente figura 4

Figura 4. Diagrama de relaciones

 

 

Posteriormente se realiza el diagrama nodal, que representa la disposici�n relativa de los departamentos los cuales son representados con cuadrados, y las relaciones entre ellas se representan con l�neas como se muestra a continuaci�n 

 

Figura 5. Diagrama nodal

El dise�o de la planta requiere la identificaci�n de �reas y la secuencia de actividades la cual se muestra a trav�s de un diagrama de flujo de procesos que permite observar la relaci�n de cada una de las actividades que conforman el sistema productivo de biofertilizante tipo batch o por lotes, a trav�s de procesos anaer�bicos. El diagrama de flujo se muestra a continuaci�n: 

 

Figura 6. Diagrama de flujo

Al considerar la relaci�n de las distintas �reas de acuerdo con el diagrama nodal, es necesario complementarlo con la elaboraci�n de un diagrama de recorrido y el diagrama de bloques que muestran la distribuci�n �ptima de las �reas para la instalaci�n y dise�o de la planta de producci�n de biofertilizante (figura 6) 

 

Figura 7. Diagrama de bloques y de recorrido

 

 

Se detallan las �reas de trabajo con l�nea azul, los pasillos para el transporte de materias primas con color amarillo, de color verde los biodigestores de la planta, con celeste las l�neas de tuber�as y finalmente de naranja la bombona de gas y la bomba. (Figura 7) 

Con el uso de Flexsim se elabor� el Layout de manera gr�fica y la configuraci�n de la distribuci�n en planta a partir de la metodolog�a PSD.

Figura 8. Distribuci�n de planta. Visi�n 3D

 

 

La figura 8 muestra la forma en la que las �reas de trabajo y la maquinaria utilizada est�n distribuida de manera uniformarme de acuerdo con la metodolog�a implementada con la finalidad de desarrollar el producto en cuesti�n.

 

Conclusiones

El estudio propone un plan estrat�gico de localizaci�n para la implementaci�n de una planta de producci�n de fertilizante l�quido y s�lido a partir del aprovechamiento del contenido org�nico de biomasa residual de uso agr�cola.

La cuantificaci�n de los macronutrientes del biol, as� como la variabilidad de las concentraciones y el comportamiento de los par�metros significativos del proceso, son explicadas en otras investigaciones que, a la vez, sirvieron de referencia para el an�lisis mostrado en el presente art�culo

La propuesta se articula con los proyectos de investigaci�n orientados al an�lisis de la rentabilidad de la producci�n del biol con fines comerciales lo que supone un producto asequible y que a diferencia de los ofertados en el mercado contiene alta concentraci�n nutricional para los suelos y plantas.

 

Referencias

1.      Carro, R. & Gonz�lez, D. (2012). Localizaci�n de instalaciones. Universidad Nacional de Mar de la Plata; Facultad de Ciencias Econ�micas y Sociales; http://nulan.mdp.edu.ar/1619/1/14_localizacion_instalaciones.pdf

2.      Chase, R. B., & Jacobs, R. F. (2014). Administraci�n de Operaciones. Producci�n y Cadena de suministros. M�xico: Mc Graw Hill.

3.      INEC, 2016. Encuesta de superficies y producci�n agropecuaria continua.

4.      Ministerio de Agricultura y Ganader�a. (2017). MAG promueve control biol�gico para enfermedades en cultivo de mora. https://www.agricultura.gob.ec/tungurahua-mag-promueve-control-biologico-para-enfermedades-en-cultivos-de-mora/

5.      Moreta, M. (2017). El cuy crece en la regi�n central del Ecuador. https://www.revistalideres.ec/lideres/cuy-crece-region-central-economia.html

6.      Murillo-Amador, B., Morales-Prado, LE., Troyo-Di�guez, E.,  C�rdoba-Matson, M.V.,   Hern�ndez-Montiel, L.G., Rueda-Puente, E.O., Nieto-Garibay, A. (2015). Changing environmental conditions and applying organic fertilizers in Origanum vulgare L. Front Plant Sci., 6:549. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4508838/citedby/

7.      Muther, R. (1961). Systematic Layout Planning, Industrial Education Institute, Boston

8.      Soria, M., Ferrera, R., Echevers, J., Alc�ntar, G., Trinidad, J., Borges, L., Pereyda, G. (2001). Producci�n de biofertilizantes mediante biodigesti�n de excreta liquida de cerdo. Terra Latinoamericana, 19(4). pp. 353-362. https://www.redalyc.org/pdf/573/57319408.pdf

9.      Xia, A, Murphy, JD. (2016). Microalgal cultivation in treating liquid digestate from biogas systems. Trends Biotechnol. 34 (4), pp. 264-275. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S016777991500270X.

10.  Obaya Abreu, Ma Cristina, & Lorenzo Acosta, Yaniris (2005). La digesti�n anaerobia. Aspectos te�ricos. Parte I. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Ca�a de Az�car, XXXIX(1),35-48. ISSN: 0138-6204. Disponible en:�� https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=223120659006.

 

 

 

 

 

 

� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).