Microcápsulas magnéticas para la liberación controlada de …148.206.53.84/tesiuami/UAMI16698.pdf · Microcápsulas magnéticas para la liberación controlada de insulina 5 6.5.2

Microcápsulas magnéticas para la liberación controlada de insulina


1

ÍNDICE GENERAL

CAPÍTULO 1

RESUMEN EJECUTIVO 14

CAPÍTULO 2

INTRODUCCIÓN 17

2.1. Estado del arte 20

2.1.1. Quitosano (Q) 21

2.1.2. Alginato de sodio (AS) 21

2.1.3. Magnetita (MN) 22

2.1.4. Insulina (IN) 22

2.1.5. Cloruro de calcio 23

2.1.6. Pulseras con dispositivo nano estructurado 23

2.2. Estudio de mercado 23

CAPÍTULO 3

3.1. Justificación 25


2

CAPÍTULO 4

4.1. Objetivos 26

4.1.1. Objetivo general 26

4.1.2. Objetivos particulares 26

4.1.3. Objetivos experimentales 26

CAPÍTULO 5

5.1. Materiales y métodos 27

5.1.1. Materiales 27

5.1.2. Formación de las microcápsulas 28

5.2. Encapsulación 28

5.3. Metodología experimental 30

5.3.1. Diagrama experimental 31

5.3.2. Síntesis de magnetita 32

5.3.3. Caracterización de magnetita 32

5.3.4. Soluciones stock de biopolímeros 34


3

5.3.5. Viscosidad de las soluciones

biopoliméricas

34

5.3.6. Potencial zeta (δ) en función del pH. 34

5.3.7. Punto de equivalencia de AS-CS y Q 34

5.3.8. Formación de las microcápsulas

magnéticas

35

5.3.8.1. Caracterización de las microcápsulas 35

5.3.9. Rendimiento de encapsulación (RE%) 36

5.3.10. Estabilidad de IN en las microcápsulas

magnéticas

37

5.3.11. Liberación de IN de las microcápsulas

magnéticas

37

5.3.12. Análisis estadísticos 38

CAPÍTULO 6

6.1. Diseño de la planta 39

6.1.1. Ubicación de la planta 39

6.2. Estudio de mercado y producción 42


4

6.2.1. Producción y precio de quitosano 42

6.2.2. Producción y precio de alginato de sodio 43

6.2.3. Producción y precio de la insulina 44

6.2.4. Producción y precio de magnetita 46

6.3. Tecnologías de microencapsulación 47

6.3.1. Extrusión 47

6.3.2. Emulsión 49

6.3.4. Aspersión 50

6.4. Evaluación técnica 52

6.4.1. Descripción del proceso 52

6.4.2. Balances de materia y energía 54

6.4.3. Lista de equipo 76

6.4.3.1. Lista de equipo principal 76

6.4.3.2. Lista de equipo complementario 78

6.5. Diagramas y planos 81

6.5.1. Diagrama de flujo de proceso 82


5

6.5.2. Diagrama de tubería e instrumentación 84

6.6. Dimensionamiento de líneas principales 85

CAPÍTULO 7 112

7.1. Evaluación económica 112

7.1.1. Insumos 112

7.1.2. Personal requerido 118

7.1.3. Organización de la empresa 119

7.2. Estudio económico 124

7.2.1. Inversiones 124

7.2.1.1. Plan global de inversión 124

7.2.1.2. Inversiones fijas 126

7.2.1.3. Inversiones fijas tangibles 126

7.2.1.4. Inversiones fijas Intangibles 130

7.2.2. Capital de trabajo 134

7.2.3. Presupuestos de costos e ingresos 138

7.2.3.1. Costos de producción 138


6

7.2.3.2. Costos de fabricación 141

7.2.3.3. Costos de administración 142

7.2.3.4. Costos de venta 142

7.2.3.5. Costos financieros 142

7.2.3.6. Costos por línea de producción 142

7.2.3.7. Ecuación de costos 143

7.2.3.8. Costo unitario 146

7.2.4. Ventas 148

7.2.4.1. Fijación de precio de venta 148

7.2.4.2. Ingreso por venta 149

7.2.5. Financiamiento 151

7.2.5.1. Préstamo para terreno 151

7.2.5.2. Préstamo para edificio 152

7.2.5.3. Préstamo para maquinaria 153

7.2.5.4. Ganancias 154

7.2.5.4.1. Tasa interna de retorno 155


7

o de recuperación

7.2.5.4.2. Rentabilidad del

proyecto

156

CAPÍTULO 8

8.1. Aspectos ambientales 157

8.2. Aspectos de seguridad 168

8.2.1. Análisis HAZOP 173

CAPÍTULO 9

9.1. Resultados experimentales 180

CAPÍTULO 10

10.1. Conclusiones 190

10.2. Referencias 191


8

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 6.1. Equipos de mezclado 76

Tabla 6.2. Tanques de almacenamiento 76

Tabla 6.3.Equipo de formación (Aspersor) 77

Tabla 6.4. Bombas 78

Tabla 6.5. Lista de tuberías 79

Tabla 6.6. Resumen de corrientes de alimentación del proceso para la

elaboración de microcápsulas

82

Tabla 6.7. Dimensiones para los tanques de almacenamiento para sólidos y

líquidos

89

Tabla 6.8. Porciones básicas para el dimensionamiento de un tanque de

mezclado

91

Tabla 6.9. Constantes de KL , KT 94


9

Tabla 6.10. Dimensiones para los tanques de mezclado 96

Tabla 6.11. Dimensiones del equipo secador de banda 104

Tabla 6.12. Efecto de las variables sobre el tamaño de la gota 108

Tabla 6.13. Valores de K y exponentes aplicables en la ecuación 109

Tabla 6.14. Dimensiones del aspersor 110

Tabla 7.1. Consumo de energía eléctrica (ILUMINACION) 114

Tabla 7.2. Consumo de energía eléctrica (FUERZA MOTRIZ ) 115

Tabla 7.3. Costo del edificio 126

Tabla 7.4. Costo de maquinaria y equipo 127

Tabla 7.5. Costo de instalaciones auxiliares 128

Tabla 7.6. Costo de equipo y suministro de oficina 129

Tabla 7.7. Costo de puesta en marcha 132

Tabla 7.8. Fondo de amortización para préstamo del edificio 152

Tabla 7.9. Fondo de amortización para préstamo de la maquinaria 153

Tabla 7.10. Valor actual neto 154

Tabla 7.11. Tasa interna de retorno 155


10

Tabla 8.1. Matriz MET 165

Tabla 9.1. Relaciones para la formación de microcápsulas

185

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Estructura del AS en sus diferentes conformaciones (G= ácido

glucurónico, M= ácido manurónico)

18

Figura 2.2. Estructura del quitosano 19

Figura 6.1. Mapa de localización para la ubicación de la empresa en

Naucalpan de Juárez, Estado de México

41

Figura 6.2. Tipos de dispositivos de extrusores 48

Figura 6.3. Técnica de encapsulación en emulsión 50

Figura 6.4. a) Tanque con fondo cónico para sólidos, b) Tanque para

líquidos

86

Figura 6.5. Factores de forma para el diseño de tanques de mezclado 90

Figura 6.6. Esquema de dimensionamiento de un tanque mezclador 95

Figura 6.7. Secador de banda transportadora con circulación cruzada 97

Figura 6.8. Aspersor 105


11

Figura 6.9. esquemático de las dimensiones de la cámara de aspersor 106

Figura 8.1. Sistema de producto físico dela microcápsula 159

Figura 9.1. Síntesis de la magnetita y prueba preliminar de las propiedades

magnéticas

180

Figura 9.2. Curvas de viscosidad aparente (hap) de: (a) AS-CS a una

concentración de 2% (p/p) y (b) Q al 2% (p/p)

182

Figura 9.3. Perfiles de potencial zeta en función del pH para las soluciones

biopoliméricas

183

Figura 9.4. Perfiles de titulación con NaOH 0.1N para AS-CS 184

Figura 9.5. Imágenes de microcápsulas de AS-CS-Q obtenidas al utilizar

diferentes relaciones másicas R[AS-CS:Q]:

186

Figura 9.6. Micrografía de las microcápsulas conteniendo IN utilizando AS-

CS-Q como material de recubrimiento en una relación R [9:1] después de

haber sido asperjadas en una solución de CaCl2 3M.

187

Figura 9.7. Perfiles cromatográficos de IN:a) sin encapsular, b) encapsulada

pero sometida a pH ácido, y c) encapsulada y con inducción de campo

magnético.

189


12

ÍNDICE DE DIAGRAMAS

Diagrama 5.1. Diagrama experimental a seguir para la obtención de

microcápsulas magnéticas conteniendo insulina.

31

Diagrama 6.1. Proceso para la elaboración de microcápsulas magnéticas 81

Diagrama 6.2. Plano de tuberías e instrumentación para la fabricación de

microcápsulas magnéticas.

84

Diagrama 7.1. Organigrama de la empresa 123

Diagrama 8.1. Posibles causas-efectos derivados de los diferentes aspectos

ambientales y sus impactos.

162


13

CAPÍTULO 1

RESUMEN EJECUTIVO

En este proyecto se realizó un estudio conducente al desarrollo de una tecnología para

fabricar cápsulas magnéticas de centro líquido y liberación controlada para el tratamiento

de pacientes con diabetes tipo I mediante medios no invasivos. La justificación del

problema reside en que la principal causa de mortalidad en hombres y mujeres en México

es debido a padecimientos como la diabetes. Actualmente los decesos debido a esta

enfermedad representan el 14.01% de los decesos totales, sin embargo su incidencia en la

población está creciendo a una tasa anual del 14.5% <www.mexicomaxico.org> (2007). El

tratamiento de este padecimiento es a través del suministro de insulina, que en la mayoría

de los casos es administrada vía inyección u otros métodos invasivos, lo que ha conllevado

a que los pacientes con diabetes tipo I descuiden o suspendan su terapia. Por esta razón,

existe una gran demanda de desarrollar e implementar la obtención de vehículos para la

administración de insulina que ya no sean invasivas.

En la actualidad, los estudios realizados se han enfocado al encapsulamiento de

fármacos como la insulina en matrices biopoliméricas, debido a que poseen la ventaja de

ser biocompatibles y biodegradables. Dentro de estas matrices biopoliméricas se encuentran

aquellas formadas por complejos polielectrolíticos, ya que han demostrado poseer mejores


14

propiedades para la encapsulación y la liberación controlada de compuestos bioactivos.

Sin embargo, la liberación en estos sistemas es debida al efecto de los gradientes de

concentración que existen en el interior y exterior de las microcápsulas, haciéndola de

manera transitoria. Por lo que el presente trabajo propone utilizar la inclusión de partículas

magnéticas dentro de las microcápsulas, con la finalidad de lograr la liberación de la

insulina a tasas constantes. Lo anterior implica que al regular y controlar el movimiento de

partículas magnéticas dentro de la matriz biopolimérica mediante la inducción de un campo

magnético externo, es posible mantener un flujo constante de insulina hacia el torrente

sanguíneo y así mejorar la biodisponibilidad de dicho fármaco. La magnitud de la

liberación se encuentra directamente relacionada con la intensidad del campo magnético

inducido, la magnetización de las partículas y el número de movimientos de las partículas

en la matriz biopolimérica.

Para lograr tal objetivo, el uso de las microcápsulas se conjuntaría con el uso de un

dispositivo externo nanoestructurado, el cual será empleado como un agente modulante

abierto en un sistema de circuito de histéresis abierto, que podría usarse como una pulsera

por el paciente.

Por lo que este trabajo describe una propuesta para elaborar microcápsulas con

propiedades magnéticas conteniendo la dosis necesaria de insulina, que puedan ser

administradas vía oral en una única dosis al día y cuya liberación sea de forma prolongada

y controlada. En primera instancia se determinaron las condiciones óptimas de formación

de matrices poliméricas formadas mediante la interacción de dos biopolímeros de carga


15

opuesta como el alginato de sodio y el quitosano, para ambos se ha demostrado que son

capaces de entrampar, proteger, almacenar y liberar controladamente compuestos

bioactivos (Tipo de sustancia química que se encuentra en pequeñas cantidades en las

plantas y ciertos alimentos. Los compuestos bioactivos cumplen funciones en el cuerpo que

pueden promover la buena salud). Se encontró que al utilizar una relación de alginato de

sodio-quitosano (AS-Q) de 9:1 en presencia de citrato de sodio (3.5g de Citrato de sodio

por cada gramo de alginato de sodio) y cloruro de calcio (3 M) a un pH de 4.5 y

adicionadas de partículas magnéticas, 5-7 unidades de electromagnetismo/gramo (emu/g),

era posible obtener microcápsulas magnéticas de centro líquido con la rigidez y estabilidad

adecuadas para contener la dosis requerida de insulina (0.05mg/ml). Las microcápsulas

obtenidas presentaron morfologías esféricas, con una distribución de tamaños de partícula

homogénea (< 5 m). La eficiencia de encapsulación de la insulina en el interior de las

microcápsulas magnéticas fue del 98%. Así mismo se evaluaron condiciones simuladas de

pH gastrointestinal (pH 1-2), donde la pérdida de insulina debida a cambios de pH resultó

ser insignificante, permitiendo que las microcápsulas puedan llegar a los sitios de absorción

a nivel de intestino delgado (pH 7), donde se encontró que la liberación pasiva de la

insulina fue del 35% y que para el caso de la inducción de campos magnéticos el contenido

de insulina disponible llegó a ser del 75%.

Con base en los resultados experimentales obtenidos, se realizó el escalamiento del

proceso para la obtención de microcápsulas magnéticas de centro líquido conteniendo


16

insulina para cubrir el 20% del mercado nacional, así posteriormente se dejó el análisis de

rentabilidad del mismo.


CAPÍTULO 2

INTRODUCCIÓN

En México, la población aproximada de personas con diabetes asciende entre 6.5 y 10

millones según datos de la Federación Mexicana de Diabetes (FMD). El principal tratamiento

que se aplica a pacientes con diabetes tipo I (insulino-dependientes) es la administración de

insulina (IN) en dosis invasivas sub-cutáneas, mediante la aplicación de inyecciones en muslos o

en la pared abdominal, lo que algunos casos ha llevado a los pacientes a descuidar e incluso

abandonar la terapia de tratamiento.

Lo anterior ha llevado a la exploración de sistemas que permitan administrar de forma no

invasiva y controlada compuestos bioactivos como la IN. Dentro de estos sistemas se encuentra la

microencapsulación en matrices poliméricas, la cual permite obtener partículas con tamaños que

van desde 1 a 5000 m. Generalmente esta tecnología utiliza biopolímeros capaces de producir

cápsulas que no sólo provean de protección al compuesto bioactivo, sino que además faciliten su

administración, tenga buenas propiedades de liberación en sitios de acción, que sean

biocompatibles y biodegradables.

La selección del material de recubrimiento se realizó con base en sus propiedades funcionales

(térmicas, reológicas y superficiales), debido a que la estructura interfacial que pueda generar da

pauta a la liberación controlada de los compuestos funcionales bioactivos entrampados. El

alginato de sodio (AS) ha sido considerado como uno de los biopolímeros más adecuados para la

producción de microcápsulas debido a que su composición y estructura secuencial tienen una

gran importancia para su función como material de encapsulación (de Vos, 2006).


18

El AS es un polisacárido aniónico que se encuentra distribuido en las paredes celulares de las

algas marinas pardas, siendo un polímero orgánico derivado del ácido alginico, su composición y

estructura secuencial tiene una gran importancia para su función como material de encapsulación.

Además, posee la capacidad de reticulación en presencia de cationes divalentes, tales como los

iones de calcio (Ca2+

), los cuales se unen a los residuos de grupos carboxilos del ácido

manurónico y glucurónico, presentes en la molécula de AS (Figura 2.1).

Además se ha reportado que el uso de mezclas biopoliméricas de AS con algunos polímeros

catiónicos como la gelatina, han demostrado ser útiles para la encapsulación de células, fármacos

y otras sustancias demostrando ser altamente eficientes durante la encapsulación y la liberación

del compuesto de interés.

Figura 2.1. Estructura del AS en sus diferentes conformaciones (G=

ácido glucurónico, M= ácido manurónico).


19

Por otra parte, el quitosano (Q) ha comenzado a ser un biopolímero de gran importancia

debido a la gran variedad de aplicaciones que se han encontrado. Es un polisacárido lineal que

consiste de un copolímero de unidades - (1-4)-2-amino-2-desoxi-D-glucosa (D-glucosamina) y -

2-acetamido-2-desoxi-D-glucosa o N-acetil-D-glucosamina (Figura 2.2). El grupo amino en Q

tiene un valor de pKa alrededor de 6.5, lo cual lo hace poseer una carga predominantemente

positiva haciéndolo soluble en medios ácidos o en soluciones neutras con dependencia del pH y

de su grado de desacetilación (DA). Este biopolímero se produce comercialmente a partir de la

desacetilación de la quitina, principal compuesto estructural en el exoesqueleto de los crustáceos.

Debido a las diferencias en propiedades iónicas entre AS y Q, es posible promover la

interacción electrostática de los grupos amino (NH2+) del Q con los grupos carboxílicos (COO

-)

del AS, que permita formar una red biopoliméricas con un alto entrecruzamiento para obtener

microcápsulas de centro líquido que contengan la dosis necesaria de tratamiento de IN, y las

cuales permitan controlar la liberación de dicho componente activo o promoverla mediante la

adición de nanopartículas con propiedades magnéticas.

Figura 2.2. Estructura del quitosano.


20

2.1. Estado del arte

Algunos trabajos encontrados en la literatura han reportado el uso de mezclas biopoliméricas

de AS y Q, donde las perlas obtenidas presentan mejores propiedades superficiales y menor

permeabilidad de compuestos externos que cuando se utilizan los biopolímeros por separado. Sin

embargo, el estudio de la aplicación de este tipo de sistemas aún es escaso, debido principalmente

a la poca resistencia de los materiales de pared bajo condiciones gastrointestinales (bajos pH`s y

presencia de sales biliares), además de que los sistemas formulados no siempre son capaces de

liberar el compuesto bioactivo entrampado en el sitio de máxima absorción.

Una alternativa para contrarrestar dichos inconvenientes es a través de la incorporación de

nanopartículas magnéticas que se encuentren incorporadas dentro de la matriz biopolimérica, las

cuales bajo la inducción de un campo magnético externo sean capaces de moverse y romper la

estructura de la pared de recubrimiento, permitiendo la liberación del compuesto bioactivo en

función de la intensidad del campo. Algunos ejemplos de este tipo de sistemas son los formados

con mezclas de AS y polietilenimina adicionadas con partículas de ferrita de estroncio como

disparador magnético, en los cuales se mejoró la liberación de los fármacos entrampados.

Por tal razón, el uso de materiales con propiedades magnéticas, compatibles con el organismo

ha comenzado a tener gran auge principalmente en aplicaciones biomédicas (incluyendo la

resonancia magnética nuclear para el diagnóstico clínico, la ingeniería de tejidos, fármaco-

orientación magnético, hipertermia anti-cáncer estrategia, la administración de fármacos y la


21

inmovilización de enzimas). Siendo los óxidos de hierro Fe3O4, (magnetita; MN) y -Fe2O3, los

principales compuestos útiles para este fin.

A continuación se detallan algunas propiedades de los principales compuestos utilizados para

la obtención de las microcápsulas magnéticas de centro líquido para la incorporación de insulina.

2.1.1. Quitosano (Q)

El Q es un polisacárido lineal que consiste en unidades de β-(1-4)-2-amino-2-desoxi-d -

glucosa (d-glucosamina) vinculado a 2-acetamido-2-desoxi- d glucosa-(N-acetil- d -

glucosamina). En general, se produce comercialmente mediante la desacetilación de quitina, que

es el elemento estructural en el exoesqueleto de los crustáceos. La fuerte interacción

electrostática de los grupos amino del Q con los grupos carboxílicos del AS conduce a la

formación del complejo de Q/AS que da origen a microcápsulas más resistentes y con mejores

propiedades de liberación de moléculas.

2.1.2. Alginato de Sodio (AS)

El AS es un polisacárido anióico distribuido ampliamente en las paredes celulares de las algas

marinas pardas. Estas sustancias corresponden a polímeros orgánicos derivados del ácido

algínico. El componente principal del alginato es la sal sódica del ácido algínico. Contiene dos

ácidos urónicos, β-(1-4)-vinculado d-ácido manurónico (M) y α-(1-4) vinculado l -ácido

gulurónico (G), y se compone de bloques homopoliméricos M-M o G -G, y bloques con una

secuencia alterna de M-G. Producto de la reacción química, de carácter irreversible, y mediante

una técnica adecuada de mezcla, se obtiene una pasta que en pocos minutos (1 a 1,5) gelifica, es

http://es.wikipedia.org/wiki/Polisac%C3%A1rido

http://es.wikipedia.org/wiki/Anionico

http://es.wikipedia.org/wiki/Pared_celular

http://es.wikipedia.org/wiki/Alga_parda



http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_alg%C3%ADnico



http://es.wikipedia.org/wiki/Sodio

http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica


22

decir, endurece, pero el tiempo de trabajo y el tiempo de gelificación no deberá de ser menor a 3

minutos ni mayor a 6 minutos.

2.1.3. Magnetita (MN)

La magnetita es un mineral de hierro constituido por óxido ferroso-diférrico (Fe3O4) que

debe su nombre de la ciudad griega de Magnesia. Su fuerte magnetismo se debe a un fenómeno

de ferrimagnetismo: los momentos magnéticos de los distintos cationes de hierro del sistema se

encuentran fuertemente acoplados, por interacciones antiferromagnéticas, pero de forma que en

cada celda unidad resulta un momento magnético no compensado. La suma de estos momentos

magnéticos no compensados, fuertemente acoplados entre sí, es la responsable de que la

magnetita sea un imán, impulsor.

2.1.4. Insulina (IN)

La insulina (del latín insula, "isla") es una hormona polipeptídica formada por

51 aminoácidos, producida y secretada por las células beta de losislotes de

Langerhans del páncreas. La insulina interviene en el aprovechamiento metabólico de los

nutrientes, sobre todo con el anabolismo de los carbohidratos. Su déficit provoca la diabetes

mellitus y su exceso provoca hiperinsulinismo con hipoglucemia.

http://es.wikipedia.org/wiki/Mineral

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido

http://es.wikipedia.org/wiki/Ferrimagnetismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Momento_magn%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Acoplamiento_de_momento_angular

http://es.wikipedia.org/wiki/Antiferromagnetismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Celda_unidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Im%C3%A1n_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%ADn

http://es.wikipedia.org/wiki/Hormona

http://es.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cido

http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_beta

http://es.wikipedia.org/wiki/Islotes_de_Langerhans



http://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%A1ncreas

http://es.wikipedia.org/wiki/Metabolismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Anabolismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrato_de_carbono

http://es.wikipedia.org/wiki/Diabetes_mellitus



http://es.wikipedia.org/wiki/Hipoglucemia


23

2.1.5. Cloruro de Calcio

El cloruro cálcico o cloruro de calcio es un compuesto químico,

inorgánico, mineral utilizado como medicamento en enfermedades o afecciones ligadas al

exceso o deficiencia de calcio en el organismo.

Actúa como agente secuestrante, neutra, agente defloculante, endurecedora, fortalecedora

de pastas, emulsora, poniendo firme el agente, reforzadora del sabor, esencias aromáticas,

humectantes, suplementos nutricionales, ayuda de proceso, estabilizador y espesante, agente

tensoactivo, producto sinérgico, texturizador y neutralizante. En este trabajo se utilizará el cloruro

de calcio como secuestrante de iones calcio para evitar la total gelificación del complejo

quitosano/alginato y poder obtener cápsulas de centro líquido que permitan la circulación de los

nano-sólidos magnéticos que promueven la liberación controlada de la insulina.

2.1.6. Pulseras con dispositivo nano estructurado

Las pulseras con el dispositivo nano estructurado para mandar el campo magnético que haga

circular los nano-sólidos magnéticos dentro de las cápsulas se maquilarán con una pequeña

empresa fundada por investigadores del Departamento de Ingeniería Biomédica de la UAM-

Iztapalapa.

2.2. Estudio de mercado

Se estima que la prevalencia de diabetes en México es de aproximadamente 10.7 % en

personas entre 20-69 años de edad. Si tenemos una población de 112, 322, 757 habitantes, esto

se traduce en 12, 018,535 diabéticos, con una tasa anual de crecimiento de aproximadamente el

15 %.


24

La dosis de inicio será de 0.1-0.3 UI/kg/día (1 UI equivale a 41 mcgr de insulina) en no

obesos y de 0.3-0.5 UI/kg/día en obesos que se administrará en una dosis o en dos. En términos

generales esto se traduce en una dosis diaria de 15-20 UI en pacientes no obesos y de 25-30 UI en

el paciente obeso. Una UI de insulina tiene un equivalente biológico de alrededor de 45.5 μg de

insulina cristalina pura (1/22 mg exactamente).

Nuestra intención es la de abarcar un 20 % de este mercado, lo que equivale a un suministro

de insulina 25 UI/día x 41x10-9

kg/paciente = 2.46 kg/día. Como nuestro mercado potencial son

12, 018, 535 pacientes x 0.20 = 2, 403, 707 pacientes. Por lo tanto deberemos de ser capaces de

suministrar 2, 403, 707 pacientes aproximadamente 897.9 kg de insulina por año. Esta insulina

debe suministrarse en forma de una cápsula de dosis única. Más adelante daremos los detalles de

la composición de las cápsulas, que dará la pauta para el balance de materia necesario para el

escalamiento de una planta a nivel industrial que cubra con dicha necesidad.


25

CAPÍTULO 3

3.1. Justificación

En México se estima que hay alrededor de 12 millones de personas que tienen diabetes y que

muchos de ellos no siguen un régimen adecuado de tratamiento por 2 motivos fundamentales: (1)

por el estrés producido por el método invasivo y/o (2) por la administración de la dosis de

insulina a tiempos y de manera inadecuada. Esto ha conllevado a un grave problema de salud a

nivel nacional con fuertes implicaciones económicas para el sector de salud, debido a las horas

de trabajo perdidas de cada hombre y a los altísimos costos de hospitalización. En este proyecto

se pretende coadyuvar a la solución de este problema de salud, a través del desarrollo de un

proceso con tecnología y sistema de administración de la insulina que no sea invasiva, y en la que

solamente se requiere de la ingesta de una sola dosis cuya liberación del fármaco se dé a

concentraciones y tiempos adecuados. El nivel normal de azúcar en la sangre cambia según la

hora del día en que se controla (Clinicians, 2012):

Antes de las comidas 70-130 mg/dl

Después de las comidas de 180 mg/dl

Azúcar en la sangre en ayunas de 90-110 mg/dl

2 horas después de comer de 140-180 mg/dL

De acuerdo con esta información, el uso de una microcápsula que contenga IN, que pueda ser

activada mediante un pulso magnético externo específico de acuerdo con las necesidades del

paciente, permitirá mejorar la calidad de vida de los pacientes de diabetes tipo I en México.


26

CAPÍTULO 4

4.1. Objetivos

4.1.1. Objetivo general

Diseñar una planta productora de cápsulas magnéticas de centro líquido elaboradas a

partir de una mezcla de los biopolímeros Q/AS, que liberen de forma controlada la

insulina, al acoplarse a un campo magnético externo producido por un sistema nano-

estructurado.

4.1.2. Objetivos particulares

• Determinar las condiciones de formación de las microcápsulas conteniendo la dosis de

insulina (IN) requerida.

• Evaluar la liberación controlada de la insulina de las cápsulas en condiciones de pH

gastrointestinales simuladas.

• Implementar el proceso de microencapsulación de insulina (IN) a nivel industrial.

4.1.3. Objetivos Experimentales

Establecer las condiciones necesarias para la formación de microcápsulas

magnéticas y la encapsulación de IN mediante el uso de complejos electrostáticos

entre AS y Q.

Determinar las condiciones de aspersión de las microcápsulas en la solución de

CaCl2 para el endurecimiento de la corteza de las microcápsulas magnéticas

conteniendo insulina.


27

Caracterizar física y químicamente la estabilidad de las cápsulas magnéticas

conteniendo insulina.

Evaluar la liberación controlada de insulina de las cápsulas magnéticas en

condiciones de pH gastrointestinal simulado.

CAPÍTULO 5

5.1. Materiales y métodos

5.1.1. Materiales

El AS y CS se adquirieron de Merck S.A. de C.V. (Naucalpan, Estado de México, México),

Q de bajo peso molecular con un 92.2% de DA se obtuvo de Sigma–Aldrich (Toluca, Estado de

México, México). IN de páncreas bovino cristalina (99.9 % pureza; 6000 Da) fue comprada a

Novo Nordisk S.A. de C.V. (México, D.F., México). Para la síntesis de MN se utilizaron los

siguientes reactivos de grado analítico: sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4·7H2O), nitrato de

potasio (KNO3) e hidróxido de potasio (KOH) todos ellos comprados a Merck S.A. de C.V.

(Naucalpan, Estado de México, México). Los solventes como el ácido acético y el ácido

clorhídrico fueron comprados a J.T Baker (México, D.F, México). En todos los experimentos se

utilizó agua des ionizada provista por la UAM-I.


28

5.1.2. Formación de Microcápsulas

Las cápsulas se formularon basados en que las siguientes premisas:

i) Se administrará en una cápsula única con una concentración de 1.20 mg de insulina (la

dosis diaria promedio + 5 % exceso, por pérdidas durante la manufactura).

ii) De los estudios de la variación del potencial zeta con pH entre los biopolímeros, para

establecer el punto donde se promueve la máxima interacción entre biopolímeros que

fomenten la formación de complejos solubles (sin que ocurra precipitación) con

densidad de carga negativa.

iii) Se escogió la relación en masa entre los biopolímeros en que se obtuvo un mayor

rendimiento en la formación de los complejos solubles según los datos de la

absorbancia.

Así pues el procedimiento seguido fue el siguiente:

Se mezclaron las soluciones Q, AS, IN y MN (en una relación volumen/volumen) de manera

que la relación entre biopolímeros fuera la óptima para formar complejos solubles. Se ajustó

el pH de 4, de la mezcla donde la interacción fue máxima sin que ocurriera precipitación.

Esta mezcla se asperjó dentro de la solución de CaCl2. La concentración de insulina por

cápsula fue de 1.2 mg.

5.2. Encapsulación

La encapsulación es un proceso mediante el cual ciertas sustancias bioactivas

(carotenoides, vitaminas, aceites esenciales, etc.) pueden ser cubiertas de manera individual para

protegerlas del ambiente y de reacciones deteriorativas, principalmente oxidativas, debido a la


29

luz, temperatura, oxígeno, metales pesados, enzimas, extremos de pH, etc. Una ventaja adicional

es que un compuesto encapsulado se libera gradualmente del compuesto que lo ha recubierto y se

obtienen productos alimenticios con mejores características sensoriales y nutricionales.

En este trabajo se usó un aspersor para mezclar la corriente conteniendo la insulina y los

nano-sólidos magnéticos con la dispersión acuosa de la mezcla de biopolímeros

quitosano/alginato, se atomizar la mezcla de las dos corrientes para formar una nube de gotas

atomizadas. Estas gotas en vez de ser secadas con una corriente de aire caliente como se hace en

el secado por aspersión convencional, caerán por gravedad en una solución de CaCl2 para dar

comienzo a la reticulación del alginato, y por ende, a la gelificación del complejo biopolimérico.

Esta gelificación se da de la parte externa hacia el interior de las gotas, formando cápsulas con

una membrana interfacial externa sólida semi-permeable, cuyo interior se mantiene líquido. A fin

de evitar la total gelificación de las cápsulas parcialmente-geladas, estas se filtraran de la solución

de CaCl2 (que se recirculará al aspersor), evitando que la reacción de gelificación continúe,

obteniendo las cápsulas de centro líquido. Las cápsulas semi-geladas se separan de la solución de

cloruro de calcio (que se recircula al tanque contenedor) y se alimentan a un banda transportadora

hasta el punto de llenado de los frascos en los que se comercializará el producto. Una sección de

la banda transportadora pasa por un túnel cerrado donde se inyecta una corriente de aire seco a

las cápsulas para eliminar el agua libre en la superficie de las mismas.


30

5.3. Metodología experimental

En el Diagrama 5.1 se muestra el diagrama experimental a seguir para llevar a cabo la

determinación de las propiedades necesarias de los materiales utilizados en la fabricación de las

microcápsulas magnéticas, así como de aquellas que son necesarias para la selección y

escalamiento de los equipos a emplear en la planta productora de microcápsulas magnéticas de

centro líquido conteniendo IN.


31

5.3.1. Diagrama Experimental

Diagrama 5.1. Diagrama experimental a seguir para la obtención de microcápsulas magnéticas conteniendo

insulina.

Caracterización

de biopolímeros

Síntesis de

magnetita

Caracterización

Determinación de las

concentraciones de:

Biopolímeros (AS-Q),

IN,

MN

Citrato de sodio (CS)

Endurecimiento de

la coraza del

material de pared

-Flujo de alimentación al

aspersor

- Concentración CaCl2

Obtención de microcápsulas

magnéticas conteniendo insulina

Liberación

controlada

Evaluar

propiedades

magnéticas Formulación de

microcápsulas

magnéticas

- Tamaño

- Contenido de humedad

- Morfología

- Eficiencia de encapsulación

Determinación de magnitud del campo

magnético inducido.

Liberación de insulina en medios

acuosos.

Obtención de las

microcápsulas magnéticas

conteniendo IN

-Viscosidad y parámetros

reológicos.

- Potencial zeta vs. pH

- No. de miliequivalentes químicos

en biopolímeros


32

5.3.2. Síntesis de Magnetita

La MN fue sintetizada de acuerdo con lo reportado por Tapia et al. (2009) con algunas

modificaciones. Se prepararon tres soluciones: (A) se colocaron 2 g de FeSO4·7H2O en 150 mL

de agua y se disolvieron, (B) se agregaron 60 mg de KNO3 y 0.8 g de KOH y se disolvieron en

60 mL de agua. Las soluciones A y B se calentaron hasta alcanzar una temperatura de 75 °C y a

esta temperatura se mezclaron y agitaron con una varilla de vidrio. Durante este proceso se formó

una suspensión de color verdosa que posteriormente se volvió negra. La suspensión resultante se

llevó a 90°C y se mantuvo a esa temperatura durante 10 min mientras se agitaba. Transcurrido

este tiempo, la solución se dejó enfriar a temperatura ambiente mediante la ayuda de un baño de

hielo. La solución resultante se acidificó con una solución 3M de HCl formando un precipitado.

Dicho precipitado se filtró utilizando un papel filtro Whatman No. 42 y el sólido resultante se

lavó dos veces con volúmenes de 50 mL de agua desionizada. El sólido resultante en el papel

filtro fue colocado en una caja Petri y llevado a una estufa a 45°C durante 24 h para su secado.

Finalmente el polvo negro obtenido se raspó del papel filtro y peso para obtener el rendimiento

de la síntesis mediante la diferencia de pesos.

5.3.3. Caracterización de Magnetita

La caracterización magnética se realizó usando un magnetómetro de muestra vibrante (sus

siglas en ingles VSM). Las nanopartículas de MN fueron colocadas en un gel de gelatina

siguiendo el procedimiento descrito a continuación. 150 mg de muestra se colocaron en 1 mL de

gelatina (5% p/p) utilizando un tratamiento con ultrasonido en un baño de agua caliente. Se

colocaron 0.15 mL de la suspensión en una celda de plástico para las mediciones magnéticas. El


33

tamaño de las partículas de MN fue determinado en un Zetasizer nano ZS (Malvern Instruments,

Worcestershire, UK), por dispersión de luz al colocar una suspensión de MN sintetizada en agua

desionizada en una celda desechable.

5.3.4. Soluciones stock de Biopolímeros

Se prepararon dispersiones acuosas de Q al 2% (p/p) en una solución de ácido acético al 1 %

(v/v) y de AS al 2 % (p/p) en agua desionizada adicionados de 3.5g de CS por cada g de AS. Las

dispersiones se dejaron hidratar durante 12 h previas a su uso. Se preparó una solución de IN al

0.05% (p/p) en agua desionizada. Todas las soluciones tipo stock fueron almacenadas a 4°C hasta

su uso.

5.3.5. Viscosidad de las Soluciones Biopoliméricas

Las soluciones biopoliméricas fueron sometidas a pruebas reológicas de cizalla con la

finalidad de determinar el comportamiento de la viscosidad aparente ( ap) en función de la tasa

de corte ( ) aplicada. Las curvas resultantes fueron ajustadas a un modelo de ley de potencias

(Ec. 1) con la finalidad de estimar los parámetros de flujo.

(1)

donde k es el índice de consistencia y n es el índice de flujo (n>1 fluido reoespesante, n<1 fluido

reoadelgazante, y n=1 fluido newtoniano).


34

5.3.6. Potencial Zeta (ζ) en función del pH.

Las soluciones de los biopolímeros fueron ajustadas a diferentes valores de pH (2.5 a 6.5)

mediante la adición de soluciones 0.1N de HCl y/o 0.1N de NaOH, según fuera el caso. Una vez

que las soluciones estuvieron al pH indicado se determinó la carga promedio de las moléculas de

biopolímero en solución mediante el potencial zeta. Aproximadamente 1 mL de cada solución se

colocó en una celda desechable de potencial zeta y se realizaron las mediciones utilizando un

Zetasizer Nano ZS (Malvern Instruments, Worcestershire, UK). El pH al cual se obtiene la menor

diferencia estequiométrica de las cargas (pHest) será utilizado para formar los complejos entre

AS-CS y Q.

5.3.7. Punto de Equivalencia de AS-CS y Q

Se realizó una titulación ácido-base para las soluciones de AS-CS y Q, con la finalidad de

encontrar el punto de equivalencia en el cual las cargas positivas de Q pueden ser neutralizadas

por las fracciones aniónicas de la mezcla de AS-CS, y de esta manera encontrar la relación

másica en la cual se lleva a cabo la mejor interacción entre ambos biopolímeros. Dicho punto de

equivalencia se determinó al obtener de forma numérica la primera derivada ( pH/ VNaOH),

donde el máximo de ésta representa el punto de neutralización de los iones presentes en los

biopolímeros (punto de inflexión).


35

5.3.8. Formación de las microcápsulas magnéticas

La solución de IN y MN fueron colocadas en un matraz Erlenmeyer en las cantidades

adecuadas, esta solución se mezcló con la solución de Q utilizando un homogenizador Ultra

turrax T20 (IKA, Inc., USA) a una velocidad de 600 rpm durante 5 min. La mezcla resultante fue

redispersada en la solución de AS-CS ajustando el pH a aquel en el que se obtuvo la menor

diferencia estequiométrica (pHest), de acuerdo con el procedimiento descrito en la sección 7.4., y

estas soluciones fueron mezcladas en diferentes relaciones másicas de AS-CS: Q (1:1, 2:1, 6:1,

7:1 y 9:1) con la finalidad de verificar las mejores condiciones de formación de un recubrimiento

suficientemente estable.

La dispersión resultante fue transferida a un aspersor con un flujo de entrada de 1.2 mL/min, y

pasada a través de una aguja con diámetro 0.7 mm, las gotas resultantes fueron captadas en un

vaso de precipitado que contenía una solución 3M de CaCl2. Las microcápsulas gelificadas

obtenidas fueron decantadas de la solución y lavadas al menos 3 veces con agua des ionizada

para retirar el exceso de iones Ca2+

.

5.3.8.1. Caracterización de las microcápsulas

La caracterización de las microcápsulas consistió en la evaluación del tamaño, morfología y

contenido de humedad. La muestra se colocó en un portaobjetos y se observaron en un

microscopio óptico con luz polarizada (Olympus BX45) acoplado a una cámara digital (Olympus

E-620). Fueron observadas utilizando un objetivo de 10X. Las micrografías obtenidas para las

diferentes relaciones fueron analizadas mediante un software de análisis de imágenes (Motic

Images Plus 2.0ML). La morfología consistió únicamente en establecer la forma de las


36

microcápsulas. El contenido de humedad se realizó al colocar 1 g de las microcápsulas en una

celda de aluminio y someterlas a un secado isotérmico a 90 °C durante 60 min en un analizador

termogravimétrico (TGA 2965 HiRes, TA Instruments, Delaware, E.U.A.), detectando la

reducción de peso debida a la pérdida de humedad, hasta obtener un peso constante.

5.3.9. Rendimiento de encapsulación (RE%)

Las microcápsulas obtenidas conteniendo IN fueron desestabilizadas al colocarlas en etanol

absoluto para extraer la IN, y se centrifugaron a 6000 rpm durante 15 min a 4°C para precipitar

los polímeros en su totalidad. La concentración de IN en el sobrenadante se determinó en un

HPLC Agilent 1200 equipado con una bomba cuaternaria y detector de arreglo de diodos. Se

utilizó una columna de fase reversa ODS, 5 mm, 25 cm 34.6 mm i.d.; Zorbax), con un loop de

inyección de 250 µL. La fase móvil consistió de una solución 0.2M de sulfato de sodio anhidro

ajustado a un pH 2.3 con ácido fosfórico y acetonitrilo. La detección se realizó a 214 nm con un

flujo de 1.2 mL/min (Khaksa et al., 1998) a una temperatura de 30°C. El rendimiento de

encapsulación de la IN contenida en las microcápsulas fue determinado mediante la

cuantificación de IN entrampada en el núcleo de la microcápsula respecto al contenido inicial

agregado y calculado de acuerdo con la Ec. 2.

(2)

donde es la concentración de IN dentro de la microcápsula y corresponde a

la concentración de IN agregada a la solución de Q. Se utilizó un patrón externo para la

cuantificación mediante la elaboración de una curva estándar con IN a diferentes

concentraciones.


37

5.3.10. Estabilidad de IN en las microcápsulas magnéticas

Se evaluó la estabilidad de la IN entrampada en las microcápsulas magnéticas durante el

almacenamiento. Para ello, las microcápsulas fueron almacenadas 20 días en una solución

amortiguadora de fosfatos (4 mM, pH 7.4) a 4°C y se monitorearon los posibles cambios en

tamaño, forma y contenido de IN durante el tiempo.

5.3.11. Liberación de IN de las microcápsulas magnéticas

Debido a que se requiere tener información respecto al efecto de valores bajos de pH que

simulen las condiciones de acidez de jugos gástricos, las microcápsulas fueron colocadas en

soluciones a diferentes valores de pH (1-3) y se dejaron en agitación durante 1 h. Posteriormente

se decantaron y la solución resultante de este proceso fue analizada para determinar la

concentración de IN que fue liberada del interior de las microcápsulas.

Por otra parte, la liberación de IN debida a la inducción del campo magnético se realizó

colocando una cápsula de AS-CS-Q en una solución de gelatina y aplicando un campo magnético

oscilante durante 30 min a diferentes tiempos de medición. Las muestras resultantes fueron

mezcladas con etanol absoluto para llevar a cabo la precipitación de los biopolímeros, y

posteriormente se realizó la cuantificación de la IN liberada.


38

5.3.12. Análisis estadísticos

Todas las mediciones fueron realizadas por triplicado, los resultados son expresados como el

promedio de las mediaciones y su correspondiente desviación estándar. Se realizó un análisis de

varianza de una vía (ANDEVA) y una comparación de medias con un nivel de significancia

p<0.05.

CAPÍTULO 6

6.1. Diseño de la planta

6.1.1. Ubicación de la Planta

La ubicación de la planta es una decisión estratégica que tendrá una influencia vital para las

operaciones de la empresa. La rapidez de respuesta a los pedidos, su costo de producción, su

facilidad para crecer, los impuestos que debe pagar, la inversión inicial en terrenos y

construcción, la disponibilidad de recursos humanos y de profesionistas, la influencia de los

sindicatos, la facilidad para obtener refacciones, materias primas y servicios eficientes y de bajo

costo, dependen de la ubicación de la planta.

Inversión inicial.- La localización de la planta se ve influenciada por las facilidades de los

estados para el desarrollo industrial, por ello la ubicación de la planta en la mejor zona

industrial del Municipio de Naucalpan de Juárez, el Fraccionamiento Industrial Alce Blanco.

Naucalpan económicamente está considerado como uno de los municipios más poderosos del

país; en la zona colindante con el Distrito Federal se ubican un sinnúmero de industrias

pequeñas y medianas; entre las que se pueden mencionar laboratorios farmacéuticos, industria


39

de autopartes, industria química, manufactura de textiles y de inyección de plásticos. Por otro

lado el sector comercial y de servicios es importante y en los últimos 40 años ha tenido un

gran desarrollo. Sin embargo, para evaluar la inversión inicial debemos tomar en cuenta

además los costos de construcción, y las regulaciones respecto a contaminantes ambientales

como desechos, ruido y emisiones a la atmósfera.

Costos y tiempos de producción.- La estructura de los costos y los tiempos de entrega de los

pedidos se ven favorecidos gracias a las fuentes de abastecimiento son muy cercanas, como

materias primas y artículos de importación, al igual que con los centros consumidores bajan

los costos de transportación y agilizan las operaciones. Por su ubicación estratégica,

Naucalpan es uno de los municipios que recibe un número importante de rutas metropolitanas

del Distrito Federal.

Recursos materiales.- La facilidad y el costo para la obtención de los recursos materiales y

servicios, es un factor tan importante como el costo. Los servicios públicos son otorgados por

el municipio y la cobertura de los principales es como sigue:

La región de asentamiento de la planta cuenta con infraestructura necesaria para surtirla de los

insumos necesarios para su operación.

Agua potable 98.47%

Drenaje 98.99%

Energía eléctrica 99.14%


40

Recursos humanos.- La disponibilidad de mano obra. Se requiere mano de obra calificada,

en este caso Naucalpan debido a su por ubicación geográfica, el salario mínimo aplicable a

esta zona es de $62.33 pesos, teniendo como ventaja que en mano de obra, profesiones y

oficios, los precios son más bajos. La disponibilidad de profesionistas y técnicos calificados

son vitales para operaciones a bajo costo y sin interrupciones.

Comunicaciones.- La infraestructura de carreteras, transportes y servicios de carga

mantienen las operaciones ágiles y a costos bajos y puede ser la diferencia entre una

operación continua o con interrupciones por falta de opciones y diversidad. En Naucalpan de

Juárez, los medios de comunicación hay 102 oficinas postales: 12 administraciones, 2

agencias y 88 expendios; 5 oficinas telegráficas; la telefonía de larga distancia automatizada

cubre toda la municipalidad.

Las vías de comunicación; en el 2007, estaban registrados 57,710 vehículos: 9 845 camiones

de carga; la longitud carretera de Naucalpan era de 77.30 kilómetros. El municipio de

Naucalpan de Juárez es uno de los estado de México; las coordenadas de la cabecera

municipal es: Longitud Norte 19° 28’ y Longitud Oeste 99° 14’ y su altitud 2 220 msnm. El

municipio está ubicado en el Valle de México en la parte meridional y pertenece a la región

II Zumpango, al noroeste del D.F., limita al norte con Atizapán de Zaragoza, Tlalnepantla de

Baz y Jilotzingo; al sur con Huixquilucan; al este y sureste con el Distrito Federal; al oeste

nuevamente con Jilotzingo, y al suroeste con los municipios de Otzolotepec, Xonacatlán y

Lerma.


41

Figura 6.1. Mapa de localización para la ubicación de la empresa en Naucalpan de Juárez, Estado de México.


42

6.2. Estudio de mercado y producción

6.2.1. Producción y precio del Quitosano

Cuando la quitina se somete a la acción de un medio alcalino muy concentrado, y a

temperaturas superiores a 60°, se produce la reacción de desacetilación. Esta reacción consiste

en la pérdida del resto acetilo del grupo amido del carbono 2, denominándose quitosano y

presenta propiedades significativas diferentes a la quitina de partida. El quitosano constituye el

derivado más importante de la quitina.

El quitosano, poli [ß (1-4)-2-amido-2-desoxi-D-glucopiranosa], existe en baja concentración

en la quitina nativa y se produce con diferentes grados de desacetilación mediante la reacción

antes mencionada. También están presentes en forma natural en algunos hongos, pero siempre

en menor proporción que la quitina.

El grado de desacetilación (GD) identifica la relación relativa de grupos amino en el polímero.

Las quitinas tendrán GD inferiores al 60%. Cuando el polímero contiene menos del 40% de

grupos acetilos, se refiere a un quitosano que se puede expresar como quitosano con GD de

60%.

Los quitosanos presentan niveles de GD superiores al 60%. Se diferencian fundamentalmente

de la quitina por ser solubles en soluciones de ácidos diluidos.

El quitosano es el único polisacárido catónico natural; ello le confiere características

especiales que lo hacen útil en numerosas aplicaciones.


43

Precio de quitosano:

6.2.2. Producción y Precio del Alginato de sodio

Los alginatos son polisacáridos que se extraen de las algas cafés. Estos tienen propiedades

para formar geles y soluciones altamente viscosas, por lo que se emplean en la industria

alimenticia, farmacéutica y textil, entre otras.

El proceso consiste en tratar las algas con solución de HCl a pH 4, extraer el alginato con una

solución de Na2CO3 a pH 10 calentando a 80 ⁰C diluir la pasta y separar las partículas

insolubles en un filtro rotatorio al vacío. El alginato en solución se precipita con una solución

de CaCl2 para obtener fibras insolubles. Estas fibras se tratan con HCL para obtener el ácido

alginico y finalmente se neutralizan con Na2CO3 para obtener alginato de sodio.

El alginato se seca con aire caliente, se pulveriza y se tamiza a diferentes tamaños de malla.

Precio: US $15 - 16 / Kilogramo (aprox. MXN 193.56 -

206.47 / Kilogramo)

Cantidad de pedido mínima: 100 Kilogramo/s

Capacidad de suministro: 800 Kilogramo/s por Año

Plazo de entrega: dentro de 20 días después del pedido


44

Precio del alginato de sodio

Precio por kilogramo de alginato:

Descripción

ALGINATO DE SODIO DE ALTA CALIDAD. SIN OLORES (Para uso farmacéutico).

Precio $ 302.22 por kilogramo de Alginato de sodio

Área Metropolitana

6.2.3. Producción y precios de la insulina

Las primeras fuentes de la insulina para uso clínico en seres humanos fueron

del páncreas de la vaca, caballo, cerdo o ciertos pescados. La insulina proveniente de estas

fuentes es eficaz en los seres humanos, ya que es casi idéntica a la insulina humana

(tres aminoácidos de diferencia en comparación con la insulina bovina, una diferencia de

aminoácidos en los porcinos). Las diferencias en la idoneidad de la insulina vacuno, porcino, o

de los peces para pacientes humanos ha sido históricamente debido a una menor pureza en la

preparación, lo que resultaba en la aparición de reacciones alérgicas por la presencia de

sustancias no insulínicas. Aunque la pureza ha mejorado constantemente desde el decenio de

1920, en última instancia, llegando a una pureza del 99% a mediados de los años 1970 gracias

a la cromatografía líquida de alta resolución, las reacciones alérgicas menores siguen

produciéndose de vez en cuando, reacciones que también se han visto producirse en respuesta

a las variedades sintéticas de la insulina. La producción de insulina de origen animal fue

generalizada durante décadas, pero el manejo diabético de muy pocos pacientes hoy día se


45

basan en ese tipo de insulina, principalmente porque son pocas las compañías farmacéuticas

que las producen en la actualidad.

La insulina se produjo comercialmente por primera vez en los Estados Unidos en 1922. La

empresa Eli Lilly, habría colaborado en el proceso de su descubrimiento con Frederick

Banting y Charles Brest, investigadores de la Universidad de Toronto.

Un año después de su aparición en los Estados Unidos, en 1922, la insulina pudo ser producida

en la Argentina en la Sección Sueroterapia del Departamento Nacional de Higiene por el Dr.

Sordelli y el Dr. Deulefeu.

De hecho, desde el comienzo la producción local de insulina se concentró en pocas y grandes

empresas productoras conformando un oligopolio en el cual pocas empresas, gran parte de

ellas filiales de empresas transnacionales compiten entre sí no sólo con el precio sino

introduciendo al mercado nuevas variedades de insulina, es decir un oligopolio con

diferenciación de producto.

En los años ochenta las dos grandes firmas que lideraban el mercado de ventas internacionales

eran Eli Lilly (Estados Unidos) y Novo (Dinamarca). Otras firmas menores como Novo

Nordisk, Pharmachin, Hoescht, Organon, etc. solo abastecían sus respectivos mercados.

Precio de la insulina:

Producto Medicamento Presentación Laboratorio Precio

Insulina Actrapid Hm insulina humana 100UI F.Amp. x 10ml Novo Nordisk $ 166.20


46

6.2.4. Producción y Producción y precio de magnetita

La magnetita es el más magnético de todos los minerales que ocurren naturalmente en la Tierra.

Naturalmente piezas magnéticas de la magnetita, llamado magnetita, atraerá a pequeños trozos de

hierro. La temperatura Curie de la magnetita es 858 K (585 ° C; 1085 ° F). Es de color negro o

marrón-negro con un brillo metálico, tiene una dureza de Mohs de 5-6 y una raya negro.

1. Las partículas de magnetita trituradas son ordenados por el separador magnético de

acuerdo con el grado de magnetismo. Y a continuación, esas partículas de magnetita de

diferente magnetismo se entregan al sistema de flotación.

2. Añadir una cierta cantidad de reactivos de beneficio para el sistema de flotación, por

encima de todo, diferentes propiedades minerales requieren diferentes reactivos.

3. Después de que el proceso de beneficio, el espesante se reducirá la humedad, y el

secador se parch los productos.

Precio de la Magnetita

Precio: US $85 - 89 / Tonelada (aprox. MXN 1,101.25 - 1,153.07 /

Tonelada)

Cantidad de pedido mínima: 5 Tonelada/s Métrica/s

Plazo de entrega: 30 días después del pedido


47

6.3. Tecnologías de microencapsulación

La microencapsulación de pequeñas moléculas como enzimas hasta células y microorganismos

puede realizarse por diferentes técnicas. La selección de la técnica de encapsulación adecuada se

ve determinada por las propiedades físico-químicas del material soporte y la aplicación final

deseada con el objeto de asegurar la biodisponibilidad de los compuestos, su funcionalidad e

incluso su fácil incorporación en los alimentos sin la alteración de sus propiedades sensoriales. Al

emplear el alginato como matriz polimérica, las técnicas de micro encapsulación en aplicaciones

alimentarias se reducen a: extrusión, emulsión y secado por aspersión.

6.3.1. Extrusión

La técnica consiste en la formación de gotas de la solución de alginato que contiene el

componente a encapsular al hacer pasar dicha solución por un dispositivo extrusor de tamaño y

velocidad de goteo controlado. Estas gotas caen sobre un baño que contiene la fuente del ion

divalente, quien induce la gelificación mediante el mecanismo de gelificación externa (Chan et

al., 2009). La principal limitación presentada por esta técnica ha sido el gran tamaño de las

microcápsulas, lo cual depende del diámetro de la boquilla del dispositivo extrusor. Entre otras

desventajas, la dificultad de producción a gran escala debido a que la formación de las

microcápsulas se logra una a una lo cual trae como consecuencia largos tiempos de gelificación.

Adicionalmente, es de considerar aspectos que influyen en su forma esférica y tamaño como la

distancia de separación de la boquilla al baño, el efecto de la gravedad y la tensión superficial de

la solución que induce la gelificación (Chan et al., 2009). A pesar de todos estos factores, la


48

técnica de micro encapsulación por extrusión ha sido empleada tradicionalmente al permitir la

producción de microcápsulas con tamaños uniformes. Recientes estudios, demuestran que la

aplicación de esta técnica mejora notablemente al incorporar dispositivos extrusores como

boquillas múltiples y discos aspersores, inyectores con impulsos vibratorios e incluso con flujo de

aire incorporado, todos diseñados bajo el mismo objetivo, la producción masiva de

microcápsulas. Como ejemplo, en la Fig. 6.2 se muestran diferentes tipos de dispositivos

extrusores para la preparación de microcápsulas.

Figura 6.2. Tipos de dispositivos aspersores.


49

6.3.2. Emulsión

La técnica de encapsulación en emulsión se ha definido como el proceso de dispersión de un

líquido en otro líquido inmiscible donde la fase dispersa consta de la matriz que incluye el

componente a encapsular. La adición de un tensioactivo mejora la formación y estabilidad de la

emulsión, así como la distribución de tamaño de las gotas. En este sentido, la preparación de

microcápsulas por emulsificación puede llevarse a cabo empleando el mecanismo de gelificación

externa o interna. Para el primer caso, la gelificación externa en emulsión consta en la dispersión

de una mezcla solución de alginato componente en una fase continua no acuosa, seguido de la

adición de una fuente de calcio que al difundirse a la fase dispersa inicie la gelificación

permitiendo la encapsulación, y a su vez, la desestabilización de la emulsión para la separación

de las cápsulas formadas.

Mientras que, la técnica en emulsión por gelificación interna se fundamenta en la liberación del

ión calcio desde un complejo insoluble o parcialmente soluble en cuyo caso se adiciona un agente

secuestrante, contenido en una solución de alginato-componente el cual es dispersado en una fase

continua no acuosa generando una emulsión agua en aceite (W/O). La liberación del ion calcio

ocurre con la adición de un ácido orgánico soluble en la fase continua que al difundirse

disminuye el pH del medio solubilizando la sal y produciendo la gelificación. Las técnicas de

micro encapsulación en emulsión se describen en la Fig. 6.3.


50

Figura 6.3. Técnica de encapsulación en emulsión

6.3.4. Aspersión

La Aspersión ha sido una tecnología ampliamente usada por la industria debido a

su reproducibilidad y economía. Su aplicación principal se ha usado para enmascarar sabores,

aromas y la encapsulación de vitaminas. El procedimiento consiste en la preparación de una

emulsión o suspensión que contenga al compuesto a encapsular y el material polimérico, el cual

es pulverizado sobre un gas caliente que generalmente es aire promoviendo así la evaporación

instantánea del agua, permitiendo que el principio activo presente quede atrapado dentro de una

película de material encapsulante.


51

Las macropartículas en polvo obtenidas son separadas del gas a bajas

temperaturas. Una de las grandes ventajas de este proceso es, además de su simplicidad, que es

apropiado para materiales sensibles a altas temperaturas debido a que los tiempos de exposición

son muy cortos (5 a 30 s).

A pesar, que la suspensión o emulsión a pulverizar con la técnica de secado por atomización se

ha limitado a formulaciones acuosas, trabajos recientes han demostrado que la combinación de

distintos biopolímeros de fuentes naturales como las gomas (carregenato, goma arábica y

alginato), proteínas (suero, caseinatos y gelatina), maltodextrinas, dextrosas, ceras y sus mezclas,

crean nuevas matrices poliméricas altamente versátiles y que por tanto facilitan ser empleadas

con otras formulaciones. La preparación de microcápsulas con esta técnica requiere

primeramente, la selección del tipo de atomizador considerando la viscosidad de la solución, así

como el tamaño de gota deseado a fin de generar la mayor superficie de contacto entre el aire

caliente y el líquido, la forma de contacto entre las gotas y el aire caliente dependiendo de la

sensibilidad al calor del producto, el tiempo de contacto gota-aire, la temperatura del aire y por

último el tipo de método de separación de los sólidos secos. Básicamente su aplicación con

alginato se resume en tres etapas: dispersión del principio activo en el alginato, atomización de la

mezcla y deshidratación.


52

6.4. Evaluación técnica

6.4.1. Descripción del proceso

En el Diagrama 6.1 (página 81) se presenta la propuesta del proceso para la producción de

microcápsulas magnéticas de centro líquido conteniendo de insulina. En la tabla anexa se

presenta la nomenclatura de las corrientes que se usaron en el proceso.

En el primer tanque de mezclado (TM1) se alimentan dos corrientes; la primera (C1) se

alimenta agua a temperatura ambiente y la segunda (C2) se alimenta insulina (IN), en un

tanque de almacenamiento (TA-1) entran dos corrientes en la primera (C3) se alimenta agua y

en la segunda corriente (C4) se alimenta ácido acético puro en un segundo tanque de

almacenamiento (TA-2) se alimentan dos corrientes en la primera (C6) se alimenta quitosano

y en la segunda corriente se alimenta (C5) la solución de ácido acético al 2% proveniente del

tanque de almacenamiento (TA-2), que posteriormente en un segundo tanque de mezclado

(TM-2) también se alimentan 2 corrientes, en la primera (C7) se alimenta magnetita (MN), en

la segunda (C8) proveniente del tanque de almacenamiento (TA-2) se alimenta la solución de

ácido acético al 2%. En un tercer tanque de mezclado (TM-3) se introducen otras 2 corrientes;

en la primera (C9) se alimenta la suspensión de Citrato de sodio (CS) y en la segunda

corriente (C12) se alimenta la suspensión de alginato de sodio (AS) proveniente de un tanque

de almacenamiento (TA-4). Las corrientes (C14 y C15) se mezclan para formar la corriente

(C16) , que es la mezcla de biopolímeros para la formación de la microcápsula, que

posteriormente con la ayuda de una bomba es alimentada aun cuarto tanque de mezclado

(TM-4) al igual que la corriente (C13), estas dos corrientes se mezclan para la formación de la


53

corriente (C17) que es alimentada a un aspersor (ASP) para la formación de las

microcápsulas en este aspersor tiene en el fondo una solución de cloruro de calcio (CaCl2)

3M para el endurecimiento de estas, que contiene un agitador. En un sexto tanque de

almacenamiento (TA-6) se tiene una solución de CaCl2 (3M) que se va a estar alimentando

cada hora al fondo del aspersor (ASP) para mantener la concentración del CaCl2 (3M). En la

corriente (C19) se filtran las microcápsulas ya formadas para llevarse a un filtro (FIL) para

lavarlas con la ayuda de una corriente de agua (C18) que proviene de un tanque de

almacenamiento (TA-5), para quitar el exceso de CaCl2, en la corriente (C21) sale el agua

utilizada para los lavados de las microcápsulas. Posteriormente son pasadas a un secador por

medio de una banda neumática con un porcentaje de humedad del 80%, así por ultimo pasar

a su directo almacenamiento del producto a un tanque de almacenamiento (TA7) para su

envasado y su directa venta.


54

6.4.2. Balances de materia y energía

Se tiene que de la cantidad de enfermos con diabetes tipo I cubriremos el 20% lo que nos da:

(12,018,535)(0.20)= 2403707 pacientes

A esos pacientes se les suministra aproximadamente 25 Unidades de insulina por paciente en un

día lo que nos da:

252,403,707pacientes 60,092,675

UIdia UI

diapaciente

941 1060,092,675 2.46

1

x kg kgINUIdia diaUI

3652.46 897.9

1consumo

consumoonsumo

diaskgIN kgdia añoaño

Producción anual

11 1897.9 0.46

8245labor

consumo laborables

diaañokg kgturno

año hhdiasturno

Producción /hora

61 1 100.46 383,333.3

1.2 1IN

microcàpsula x mgkg microcàpsulash hmgIN kg


55

1.5 1

383,333.3 5751 1000

microcàpsulaskgg kgmicrocàpsulash hmicrocàpsula g

Ahora realizamos un balance de materia sobre una microcápsula.

Microcápsula

1.37cm d = 0 0.50cm

Para calcular el volumen de la insulina en el centro de la microcápsulas .Sol INSULINAV

Sabemos que: 2r D (2)

Despejamos a r

(2.1)

Después sabemos que el volumen de la esfera es

34

3

rV (3)

Sustituimos a (2.1) en (3)

3

.

4

3 2Sol INSULINA

DV (4)

2

Dr


56

Reacomodando

3.

1

6Sol INSULINAV D (4.1)

Por tanto el volumen de insulina que se encuentra en cada microcápsulas es de:

3. 0.065Sol INSULINAV cm (4.3)

Para el volumen total de la microcápsulas

(5)

(5.1)

Por tanto el volumen total de la microcápsula es igual a la suma del volumen de los biopolímeros

más el volumen de insulina en cada microcápsula.

T B IV V V (6)

Entonces el volumen de la pared de biopolímero se puede conocer de despejar a BV

B T IV V V (6.1)

Para así obtener que:

31.127BV cm Volumen de biopolímeros (6.2)

31

6TV D

3 31(1.37) 1.34

6TV cm


57

Tenemos una relación de 9:1 (ALGINATO/QUITOSANO) del volumen de la pared del

biopolímero tenemos que:

3

3

(1.127 )(0.1) 0.127

(1.27 )(0.9) 1.143

Q

A

V cm

V cm (7a, 7b)

Como las concentraciones están al 2 y 3%

3

3

(0.127 )(0.02) 0.00254

(1.127 )(0.03) 0.0338

Q m g

A cm g (8a, 8b)

Para la cantidad que utilizaremos de cada biopolímero/ año la obtenemos de la siguiente

manera:

0.00254383,333.3 973.666 /

1

0.0338383,333.3 12,956.665 /

1

Q

A

gQ g turno

Capsula

gA g turno

Capsula

(9a, 9b)

De la mezcla de biopolímeros en relación (9:1)

A 9 al 3%

(ALGINATO/QUITOSANO)

Q 1 al 2%

Alginato=0.03g Agua=0.97g

Quitosano=0.02g Agua=0.98g


58

Con base a la relación 9:1 dentro de la Microcápsula tenemos que

60% Centro Líquido (Insulina): 1.2mg

1.5g peso de una microcápsula

40% Biopolímeros (Alginato/Quitosano):

Entonces para calcular los flujos de entrada tenemos que:

1973.666 48.683

20

10012,956.665 43,188.883

30

LQ g L

LA g L

(10a, 10b)

Con el balance por capsula ya tenemos la cantidad que produciremos por turno de 8 horas. Ahora

hacemos balance de materia equipo por equipo.

A=35% Q=5%


59

Materiales a utilizar para formación de microcápsulas:

383,333.3 microcápsulas/h

BALANCES DE MATERIA EQUIPO POR EQUIPO

Balance para quitosano (Q), alginato (AS)

0.0025 1383,333.3 0.95

1 1000

gQ kgmicrocàpsulas kgQh hmicrocàpsula g

Quitosano 3%

Ácido acético 2%

Alginato de sodio

2% Citrato de sodio

Magnetita

Insulina

Agua

383,333.3 microcápsulas/h


60

Para la corriente que sale del TA-2

C5 + C6 = C8 (11)

ln 2%6 47.5 0.95 46.55sokg kgQ kgAcetico

Ch h h

(11.1)

13 0.96 6kg

C Ch

(12)

(13)

Para C4 y C5 (14)

6 4 5

(46.55)(2%)

(100%)

5 0.93

C C C

kgC

h

6 4 5

2%46.55 4 0.93

C C C

kgAceticoC

h

(15)

ln100

0.952

sokgh

13 47.5kg

Ch


61

2

4 46.55 0.93

4 45.62

C

kgH OC

h

Por tanto: C3= 45.62 kgH2O/h

C4= 0.93kg/h acético

C5= 46.55kg acético 2%

C6= 0.95kgQ/h

C8= 47.5kg/h

Balance TA-4 para alginato de sodio (C10)

0.034 1383,333.3 13.03

1 1000

gAS kgmicrocàpsulas kgASh hmicrocàpsula g

Para la corriente C12 es una solución al 3% del AS con CS tenemos que:


62

(16)

(13.03)(3%)

100%

(16.1)

Ahora para la corriente C11

ln

11 12 10

11 434.33 13.03So AS

C C C

kg kgASC

h h

(17)

211 421.3kgH O

Ch

Por tanto: C10= 13.03kgAS/h

C11= 421.3 kgH2O/h

C12= 434.33 kg soln. AS/h

( 10)(3%)12

100%

CC

ln12 434.33 So ASkgC

h


63

Balance para TA-3 solución de citrato de sodio

La relación de citrato de sodio a utilizar es de3.5g de Citrato de sodio por cada gramo de alginato

de sodio.

(18)

Cabe mencionar que este tanque se rellena cada mes.

Se tiene que para la corriente C9:

3.513.03 45.60 /

kgCSkgASkgCS h

h kgAS (19)

Para rellenar el TA-3 cada mes:

8 2245.60 8025.6

h diaskgCS kgh mesdia mes

(20)

3.5gCS

gAS


64

Balance para la corriente (C12) solución de magnetita

Lo que cada microcápsula debe contener en magnetita es 0.1mg de magnetita por cada ml de

solución de quitosano.

ln

0.1

so

mgMN

ml Q (21)

ln

0.1 1000 0.95

1000 0.928 1so

mgMN gMN ml g kgQ

ml Q mg g kgQ h

C7= 0.10 g MN/h (22)

Por tanto: C7= 0.10g MN/h

Balance de materia para el mezclador (TM-2)

8 7 14C C C (23)

14 47.5 0.11000

kgkg gC

h h g (24)

14 47.5kg

Ch

(24.1)


65

Por tanto C14= 47.5 kg/h

Balance de materia para mezclador (TM-3)

9 12 15

15 434.33 45.60

15 479.93

C C C

kgAS kgCSC

h h

kgC

h

(25)

Por tanto C15= 479.93kg/h

Balance para la corriente (C16)

16 14 15

16 47.5 479.93

16 527.43

C C C

kg kgC

h h

kgC

h

(26)


66


Balance para el mezclador (TM-1) Solución de insulina

C13= Solución de Insulina (IN) a una concentración de 1.22mg por microcápsula por tanto C2 es

igual a:

6

1.22 383,333.3 12

1 10

2 0.46

mgIN microcàpsulas kgC

microcàpsula h x mg

kgINC

h

Por lo que 2

2

1.20.018

65

mgIN kgINkgH OmgH O

Para la corriente C1 tenemos que:

2

2

0.461

0.018

1 25.55

kgINC

kgINkgH O

C kgH O


67

Y por tanto la corriente C13

13 1 2C C C (27)

213 25.55 0.46C kgH O kgIN (27.1)

13 26.01 lnC kgso IN (27.2)

Por tanto C13= 26.01kg Soln. IN

Balance para mezclador (TM-4)

(28)

17 26.01 527.43

17 553.44

C

kgC

h

13 16 17C C C


68

Por tanto C17= 553.44 kg/h

Balance para el aspersor (ASP)

C17= 553.44 kg/h

La relación Q-AS y CaCl2 es igual a:

2

2

6.9

5.5

gCaClQ AS

CaCl gAS Q (29)

219 17 20 CaClC C C C consumido

2 26.9

19 26.01 32.635.5

kgCaCl kgCaClkgAS QC consume

h hkgAS Q

Sabemos que

nc

v

n Mv

c PM n

(30, 30.1)


69

Por lo que

32,63094.6

115 3

gh ltrv

hg molmol ltr

La densidad es igual a: 1kg

ltr

Por tanto C19 es igual a

2 2(3 )19 26.01 94.6 5.4

kgCaCl M kgCaClkgAS QC

h h h (31)

19 5405.82kg

Ch

Por lo que la corriente

2 222 21 5.4C C kgCaCl H O (32)

Donde el H2O es el que había en la solución de CaCl2 usado.

22 126.01 5.4 100 32.63 (42.9)

22 2875

C

kgC

h


C22=2875 kg/h


70

Balance de energía

(33)

Donde:

(34, 35, 36,37)

Donde GS = gasto másico de aire seco,

Y1= humedad del aire de entrada

Y4= humedad del aire de salida

X2= humedad de la mezcla a secar a la entrada

X3= humedad de la mezcla a secar a la salida

L2= gasto másico del material a secar a la entrada

S2 = gasto másico del sólido seco a la entrada

S3 = gasto másico del sólido seco a la salida

H1 = entalpia del aire a la entrada,

H4 = entalpia del aire a la salida,

h2 = entalpia del material a secar a la entrada

h3= entalpia del material a secar a la salida

t0 = temperatura de referencia,

t = temperatura,

Cp2 = capacidad calorífica del material húmedo a t2

Cp3 = capacidad calorífica del material seco a t3

CpH2O = capacidad calorífica del agua a t3

1 2 4 3S S S S PG H S h G H S h Q

1 1 1 0 1 0

4 4 4 0 4 0

2 2 2 0

3 3 2 3 3 0

( )

( )

( )

( )( )

H t

H t

p

p pH O

H C t t Y

H C t t Y

h C t t

h C C X t t

. .kgA S

hr


71

Qp = calor perdido

∆Tlm = diferencia de temperaturas media logarítmica.

Uv = coeficiente volumétrico de transferencia de calor.

V = volumen del secador, m3

Q = calor total transferido

El calor transferido está dado por la siguiente ecuación:

Q = Uv V ∆Tlm (38)

Balance para secador (S)

El balance de humedad en el secador de es el siguiente:

(39)

Donde:

Sustituimos las ecuaciones anteriores y tomando en cuenta que la masa del solido seco y el flujo

de aire seco es constante para todo el proceso.

2 2 1 1

1 wdmG Y G Y

A dt

w xxm m x


72

(40)

Por tanto se tiene que:

(41)

Donde N=kg w/hr.m2

de sección transversal y G=kg de aire seco / hr. m2 de sección transversal.

C23= 575 kg microcápsulas/h

En el secador se pierde el 80% de humedad

Balance de energía

El balance de energía para el secador es:

(42)

2 1( )xxm dXG Y Y

A dt

2 1( )N G Y Y

1 1 2( )( ) ( )xxxx w xx xx w

m dX dTG Cp Y Cp T T m Cp XCp Q

A dt dt


73

Sustituyendo se tiene la siguiente expresión

(42.1)

El lado izquierdo de la ecuación anterior, es el cambio de entalpia del gas, y del lado derecho el

primer término se refiere al calor necesario para evaporar el agua contenida en el sólido, el

segundo término al calentamiento del mismo sólido y Q es el calor que se disipa a los

alrededores.

Balances de energía para las bombas

Balance de energía mecánica o ecuación de Bernoulli

Energía de presión + Energía potencial + Energía cinética + Energía de bomba + Energía

por fricción = 0

(43)

Todos los términos están expresados en J (Joules) S.I.

Si trabajamos en unidad de masa J/kg

(44)

Pérdidas por fricción

(45)

1 1 2 2 1( )( ) ( ) ( )xx w xx xx w

dTG Cp Y Cp T T G Y Y m Cp XCp Q

dt

2 2

2 12 1 2 1

( )( ) ( ) 0

2S

V VmP P mg Z Z m mW mF

2 2

2 1 2 12 1

( ) ( )( ) 0

2S

P P V Vg Z Z W F

2

2f

L Vh f K

D g


74

Potencia de la bomba

(46)

Dónde: m= flujo másico (kg/s)

Hs= altura manométrica (m)

Pb= potencia (W)

Altura Neta Positiva de Aspiración (NPSH)

(47)

(48)

Donde

(49)

Con L: longitud de tubería (pies)

n: (rpm)

V: velocidad en tubería (pies3/s)

C: Cte. Bomba 0.200 simple

0.115 doble

0.066 triple

K Cte. Fluido 1.4 agua

sb

mh gP

2

1 21 2

2

1 21 2

( )2

( )2

VCENTRIFUGA f

VALTERNATIVA f a

P P VZ Z h

g g

P P VNPSHA Z Z h h

g g

a

c

LVnCh

Kg


75

Temperatura de descarga

El incremento de temperatura del bombeo es la suma del incremento por fricción más el de

compresión del líquido:

(50, 51,52)

Donde todas las unidades están en sistema inglés, T (⁰C), hp (pies), Cp (BTU/lb⁰F), P (psi), G

(peso específico = 1 para agua).

3.77 3.729

778

( )

1000

Total Friccion Compresion

Friccion

GDe AsCompresion

T T T

T hpCp

P PT e


76

6.4.3. Lista de Equipos

6.4.3.1. Lista de Equipo Principal

Tabla 6.1. Equipos de mezclado

Nombre Descripción Material de

construcción

TM1 Mezcladora de

solución de IN

Acero Inoxidable

TM2 Mezcladora de

suspensión de MN/Q

Acero 1Inoxidable

TM3 Mezcladora de

solución de CS/AS

Acero Inoxidable

TM4 Mezcladora de

biopolímeros/IN

Acero Inoxidable

Tabla 6.2. Tanques de almacenamiento

Nombre Descripción Material de

Construcción

TA-1 Solución de ácido acético al 2% Acero

Inoxidable

TA-2 Suspensión de quitosano con Ácido

acético al 2%. Para la formación de

biopolímero de pared

Acero

Inoxidable

TA-3 Suspensión de citrato de sodio con

agua Para la formación de biopolímero

de pared

Acero

Inoxidable

TA-4 Suspensión Alginato de sodio con

agua para la formación de biopolímero

de pared

Acero

Inoxidable


77

TA-5 Agua limpia para el lavado de las

microcápsulas

Acero

Inoxidable

TA-6 Ácido CaCl2 para mantener la

concentración en el fondo del aspersor

Acero

Inoxidable

TA7 Microcápsulas secas para su

almacenamiento y venta.

Acero

Inoxidable

Tabla 6.3. Equipo de formación Aspersor

Nombre Descripción Cantidad

AS Asperjar pequeñas gotas de suspensión

AS-Q-MN-IN

1


78

6.4.3.2. Lista de Equipo Complementario

Tabla 6.4. Bombas

Nombre Descripción Potencia (hp) Eficiencia (%) Flujo

máximo

(L/min)

B-01 Bomba centrífuga

periférica elevadora del

agua

2.0 80 600


periférica elevadora del

agua

2.0 73 600

B-04 Bomba reciprocante

elevadora del ácido acético

puro

0.75 87.3 260


elevadora de ácido acético

diluido al 2%

0.75 85.3 260


elevadora de mezcla Q-

Acético al 2%

2.0 80 600


periférica elevadora de CS

2.0 80 600


periférica elevadora de

agua

3.0 62 900

B-12 Bomba peristáltica

elevadora de la mezcla

AS-agua

3.0 62 900


elevadora de IN

3.0 80 900


elevadora de la mezcla Q-

Acético al 2%-MN

2.0 80 600


79


periférica elevadora de la

mezcla AS-CS-agua

3.0 97.6 1000


elevadora de la mezcla de

biopolímeros

3.5 97.6 1000


elevadora de la mezcla de

biopolímeros-IN

3.5 77.6 1000


elevadora de CaCl2 puro

1.5 77.6 600

Tabla 6.5. Lista de tuberías

Plano Tamaño

(Pulg)

Servicio Desde Hasta

Operación

Diseño

T-C1 ½ Servicio Almacén TM1 25

T-C2 1 ½ Proceso Almacén TM1 25

T-C3 1 ½ Proceso Almacén TA-1 25

T-C4 ½ Servicio Almacén TA-1 25

T-C5 1 ½ Proceso TA-1 TA-2 30


T-C7 1 ½ Proceso Almacén TM-2 25

T-C8 1 ½ Proceso TA-2 TM-2 25

T-C9 ½ Servicio TA-3 TM-3 25


Descripción Temperatur

a (⁰C)


80

T-C11 ½ Servicio Almacén TA-4 25

T-C12 1 ½ Proceso TA-4 TM3 25

T-C13 1 ½ Proceso TM-1 TM4 30

T-C14 1 ½ Proceso TM-2 M 25

T-C15 1 ½ Proceso TA-3 M 25

T-C16 1 ½ Proceso M TM-4 25

T-C17 1 ½ Proceso TM-4 ASP 25

T-C18 1 ½ Proceso TA-5 FIL 25

T-C19 1 ½ Proceso ASP FIL 25

T-C20 1 ½ Proceso TA-6 ASP 25

T-C21 1 ½ Proceso FIL C 25

T-C22 1 ½ Proceso FIL S 25

T-C23 1 ½ Proceso S TA7 25


81

6.5. Diagramas y planos

6.5.1. Diagrama de flujo de proceso

Diagrama 6.1.Proceso para la elaboración de microcápsulas magnéticas.

C Corrientes TA Tanque de Almacenamiento ASP Aspersor

FIL Filtro TM Tanque de Mezclado S Secador

DIAGRAMA DEL PROCESO


82

Tabla 6.6. Resumen de corrientes de alimentación del proceso para microcápsulas

CORRIENTE UTILIDAD EQUIPO

C1 Alimentación de agua Tanque de mezclado

C2 Alimentación insulina (IN)

polvo

Tanque de mezclado

C3 Alimentación de agua Tanque de

almacenamiento

C4 Alimentación de ácido acético

puro

Tanque de

almacenamiento

C5 Alimentación de Ácido acético

2% (Ac)

Tanque de

almacenamiento

C6 Alimentación de Quitosano

(Q) polvo

Tanque de

almacenamiento

C7 Alimentación de Magnetita

(MN)

Tanque de mezclado

C8 Alimentación –Acético al 2% Tanque de mezclado

C9 Alimentación solución de

citrato de sodio (CS)

Tanque de mezclado

C10 Alimentación de Alginato (A)

polvo

Tanque de

almacenamiento

C11 Alimentación de Agua Tanque de

almacenamiento

C12 Alimentación de la mezcla AS Tanque de mezclado

C13 Alimentación de la solución de

IN

Tanque de mezclado

C14 Alimentación de la mezcla de

Acetico-Q

Tanque de mezclado

C15 Alimentación de la mezcla

AS-CS

Tanque de mezclado


83

C16 Alimentación de biopolímeros Tanque de mezclado

C17 Alimentación de la mezcla

para la formación de las

microcápsulas

Aspersor

C18 Alimentación de agua Filtro

C19 Microcápsulas con solución de

CaCl2

Filtro

C20 CaCl2 nuevo 3M Aspersor

C21 Salida de agua de lavado Tanque de

almacenamiento

C22 Microcápsulas con 80% de

humedad

secador

C23 Microcápsulas sólidas para su

venta

Tanque de

almacenamiento


84

6.5.2. Diagrama de tuberías, e instrumentación

Diagrama 6.2. Plano de tuberías e instrumentación para la fabricación de microcápsulas magnéticas.

T-C Tuberías de Corrientes

B Bombas


85

6.6. Dimensionamiento de líneas principales

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

Los tanques de almacenamiento de materias primas y productos de la planta se

diseñan según el código API‐ASME, para el diseño de tanques que trabajan a presión

atmosférica y contienen productos (líquidos o sólidos) en su interior.

Geometría de los recipientes

¬ Recipientes para sólidos:

Cabeza: elipsoidal 2:1

Fondo: cónico

Carcasa: cilíndrica

¬ Recipientes para líquidos:

Cabeza y Fondo: elipsoidal 2:1

Carcasa: cilíndrica.


86

Las dimensiones para cada una de las partes vendrán determinadas en función de la

altura de la carcasa cilíndrica H son las siguientes proporciones:

Figura 6.4. a) Tanque con fondo cónico para sólidos, b) Tanque para líquidos

Volumen de los recipientes

Vcilindro= π∙R2∙H (53)

Vcono = ⅓∙π∙R2∙hcono (54)

Vcabeza= (π∙D2∙hcab)/6 (55)

VTanque Sólidos= Vcilindro+ Vcono + Vcabeza (56)

b) a)


87

VTanque Líquidos= Vcono+ 2∙Vcabeza (57)

Se ha de tener en cuenta que los recipientes por seguridad estarán llenos como máximo

al 80 %, por lo que habrá que tenerlo en cuenta a la hora de establecer sus dimensiones.

En función del volumen necesario de almacenamiento se establece el valor de H, y en

función de éste el resto de dimensiones del tanque.

Altura del tanque

La altura del tanque será la suma de las longitudes de las tres partes que lo forman,

carcasa, cabeza y fondo.

Recipientes para sólidos:

Ht=H+ hcono + hcab (58)

Recipientes para líquidos:

Ht=H+ 2∙hcab (59)

Espesor de los recipientes

El espesor (t) de cada una de las partes de los recipientes viene dado por las siguientes

expresiones:

tcilindro = (γ∙d∙r)/ σt∙Es (60)

tcono = (γ∙d2∙tgα)/ 4∙σt∙Es∙cosα (61)

tcabeza = (P∙De)/2∙σt∙Es+ 1,8∙P (62)


88

donde:

γ = peso específico del producto almacenado, kg/cm3.

d = nivel máximo de producto almacenado, cm.

r = radio del cilindro, cono y cabeza elipsoidal, cm.

σt= tensión máxima admisible del material, kg/cm2.

Es= eficiencia de soldadura según tipo de soldadura. Para junta soldada a tope en doble

V y no examinada, toma valor de 0.6.

P = presión externa, kg/cm2.

De =Diámetro externo, cm.

α = semiángulo de la abertura del cono, ◦.

Habrá que tener en cuenta la corrosión debido al producto almacenado y a los agentes

externos, por lo que el espesor final será:

tfcilindro = tcilindro+ tcorrosión, mm (63)

tfcono = tcono + tcorrosión, mm (64)

tfcabeza = tcabeza + tcorrosión, mm (65)

El espesor de corrosión será función del material elegido para la construcción, y las

condiciones de operación del tanque.


89

Material de construcción

Se escoge un material de construcción para el tanque de acuerdo con las necesidades de

almacenamiento del producto y con tensión admisible (σa) suficiente para la

construcción del mismo.

Para el cálculo de los espesores de almacenamiento, es necesario utilizar la tensión

máxima admisible del material, σt, que es el resultado de dividir la tensión admisible del

material por el coeficiente de seguridad aplicado en cada caso.

σt= σa/n (66)

donde:

n = coeficiente de seguridad.

Tabla 6.7. Dimensiones para los tanques de almacenamiento para sólidos y líquidos.

TANQUES DE ALMACENAMIENTO PARA SOLIDO Y LIQUIDO

Tanque para Sólidos Tanque para Líquidos

(Tamaño 1)

(Tamaño 2)

Volumen (ltrs) 500 1637 700

Altura (m) 2.7 2.7 2.7

Espesor (cm) 0.20 0.20 0.20

Material Acero Inoxidable Acero Inoxidable Acero Inoxidable

Ubicación en el

proceso

TA-3 TA-2,4 TA-1,5,6,7


90

TANQUES DE MEZCLADO

En la siguiente Figura 6.2 se presenta esquemáticamente la nomenclatura empleada en

las siguientes ecuaciones.

Figura 6.5. Factores de forma para el diseño de tanques de mezclado

Existen relaciones para la geometría óptima de tipos de agitador y del tanque. A

continuación se muestran algunas proporciones típicas expuestas por MacCabe (1993),

para el diseño de un tanque con agitador de turbina.

- Diseño del tanque

V= 200lt = 2.0 m3

(67)

Tomando Diámetro = Altura (D=h)


91

(68)

Despejando D

(68a)

(69)

- Diseño del Agitador

Se empleara una turbina con 6 palas ya que este tipo de agitador puede operar en un rango

muy amplio de viscosidades del líquido que se desea agitar y su construcción es bastante

sencilla. En base a l diámetro calculado se dimensionara el agitador siguiendo la siguiente

tabla de proporciones básicas.

Tabla 6.8. Porciones básicas para el dimensionamiento de un tanque de mezclado

Porciones Básicas

0.3 0.5a

t

Da

D 1

t

H

D

1

3t

C

D

1 2

5 3

d

a a

DW

D D

1

4a

L

D

1

12t

J

D

En Figura 6.2 se muestra un agitador normal, en el cual se indica cada una de las

proporciones que deben ser calculadas en base a la tabla 9.

2 2

4 4

D DV h

3 34 (2.0)(4)

1.4

(1.4 )(1.30) 1.82 2.0

VD m

h m m m


92

1 1(1.4) 0.47

3 3

0.5 (0.5)(1.4) 0.7

1 1(0.7) 0.14

5 5

2 2(0.7) 0.5

3 3

1 1(0.7) 0.18

4 4

1 1(1.4) 0.11

12 12

t

a t

a

d a

a

t

C D m

D D m

W D m

D D m

L D m

J D m (70, 71, 72, 73, 74,75)

- Calculo de la Potencia del Agitador

Un número muy importante para caracterizar los tanques de agitación es el número a

dimensional de potencia, deseamos que la mezcla sea perfecta, a cual tiene una

densidad de 1066 kg/m3 y una viscosidad de 62.53 cps. Por lo cual se requiere el número

de Reynolds se encuentra al inicio del estado turbulento (NRe=10000).

2

ae

D NNR (76)

Donde:

NRe=Numero de Reynolds

Da=Diámetro del Agitador, m.


93

N= revoluciones del eje por segundo, rps.

Ρ=Densidad, kg/m3

µ=Viscosidad, kg/m.seg.

Despejando para N

21.2e

a

NRN rps

D (77)

Para calcular la potencia se emplea la siguiente fórmula

3 5

T aP K N D (78)

Es necesario tener el valor de KT en el cual se busca en la siguiente tabla de acuerdo al

tipo de flujo con el que se está trabajando (KL=Laminar, KT=Turbulento) el tipo de

agitador empleado y el número de palas.


94

Tabla 6.9. Constantes de KL, KT

Valores de las constantes KL, KT para los tanques que tienen cuatro deflectores en

la pared del tanque, cuya anchura es igual o menor al 10% del diámetro del

tanque.

Tipo de impulsor KL KT

Impulsor hélice, tres palas

Paso 1.0 41 0.32

Paso 1.5 48 0.87

Turbina

Disco se seis palas 65 5.75

Seis palas inclinadas ------ 1.63

Cuatro palas inclinadas 44.5 1.27

Paleta plana, dos palas 36.5 1.70

Impulsor HE-3 43 0.28

Ancla 300 0.35

El valor de KT para una turbina con seis palas es 0.87.

(79)

(80)

3 5(5.75) (1.2) (0.7) (1066) 1780.16P W

11780.16 2.38

745.699

HPP W HP

W


95

Figura 6.6. Esquema de dimensionamiento de un tanque mezclador

50 cm

70 cm 47

cm

18 cm

140 cm

14

cm

11 cm

140

cm

200

cm


96

Tabla 6.10. Dimensiones para los tanques de mezclado.

TANQUES DE MEZCLADO

Tanque para Líquidos

(Tamaño 1)

(Tamaño 2)

Volumen (ltrs) 1637 700

Altura (m) 2.0 1.5

Espesor (cm) 0.20 0.20

Largo propela (m) 1.40 0.90

Potencia (hp) 3.0 2.5

Velocidad de rotación del

eje principal (rpm)

12 12

Material Acero Inoxidable Acero Inoxidable

Ubicación en el proceso TM-4 TM-1,2,3


97

SECADOR

El secado de materiales pesados granulares es una operación compleja que involucra

transferencia simultánea de masa y calor.

Los tres factores más importantes a tener en cuenta en el diseño de un secador son:

Capacidad para cumplir con las especificaciones del producto final

Capacidad para manejar materiales y

La seguridad de equipos y de personal.

El transportador se ajusta mejor al proceso.

Transportador: el secado se efectúa mientras se traslada el material en una cinta

transportadora.

Figura 6.7. Secador de banda transportadora con circulación cruzada

. La capacidad del secador se calcula normalmente para la máxima producción

esperada. Al conocer la cantidad de producto que hay que secar diariamente, se

dimensiona el secador que se necesita.


98

Las dimensiones óptimas de funcionamiento de un secador se pueden determinar

matemáticamente mediante una simulación de secado, si se conocen los siguientes

datos: tipo de producto y finalidad de su uso, contenidos de humedad inicial y final, y

cantidad de producto que se va a secar.

No obstante, en vista de la complejidad de dichos cálculos, se puede simplificar ese

dimensionamiento si se conoce el valor de algunas variables del sistema.

Si se conociera el espesor de la capa y el flujo de aire, entonces se tiene:

p

p

mA

p H (81)

Donde:

mp = Masa de producto a secar por partida

pp= Peso específico global del producto

H= Espesor de la capa del producto

A= Área de la cámara de secado

El flujo de aire de secado (Q) se puede calcular en función del flujo de aire (Qa), dado

en m³/s, y del área de la cámara de secado:

aQ Q A (82)

La presión estática del ventilador se puede obtener sumando las pérdidas de carga del

sistema. Estas pérdidas se producen por la disminución del aire al pasar por los

conductos, ampliaciones, camas, válvulas y principalmente, al pasar a través de la capa

de producto. Las pérdidas de carga referentes al sistema de distribución del aire se

pueden calcular por mecánica de fluidos.


99

Así, si se conoce la presión estática del sistema y el flujo de aire necesario, se puede

calcular la potencia útil que necesita el ventilador. Para calcular la potencia útil del

ventilador se acostumbra aumentar el flujo de aire en cerca del 25%, por razones de

seguridad.

- Humedad (en base seca)

SH SS

SS

P PX

P (83)

Donde:

X= Humedad

PSH=Peso del solido Húmedo

PSS= Peso del Solido Seco

- Humedad (en base húmeda)

C

S XW

A (84)

Donde:

WC= velocidad de secado constante

A= superficie expuesta al secado

S= solido seco

ΔX= variación de la humedad en base seca

Δθ= variación del tiempo de secado


100

Velocidad periodo constante.- Este periodo va desde la humedad inicial X0, hasta la

humedad critica XC. Para este periodo hacemos uso de la siguiente ecuación:

S dx

WA d

(Ecuación cinética del secado) (85)

1 2W W W (86)

Donde:

W1= velocidad para el periodo constante

W2= velocidad para el periodo decreciente

Velocidad total en la operación del secado

SH SS

SH

P PX

P (87)

Calculo de tiempo de secado en el periodo constante.- es el tiempo necesario para

que la humedad del solido descienda desde su valor inicial por integración y se obtiene

a partir de:

xi

xf

S dX

A W (88)

Periodo anticrítico.- como durante este periodo w=constante, la integración de la

ecuación anterior va desde la humedad inicial hasta la humedad crítica nos lleva a:


101

i ca

c

X XS

A W (89)

Donde:

θa= Tiempo anticrítico

Wc= velocidad del secado constante

A=Superficie expuesta al secado

S= sólido seco

Xi= humedad inicial

Xc= humedad crítica

- Cálculo de la longitud del secador

Para el cálculo de la longitud del secador se basara en la transmisión de calor en donde

la temperatura del aire como la del solido varía a lo largo del secador.

Cabe distinguir en estos tipos de secadores está distribuido en 3 zonas de secado para lo

cual cada nivel de esta tendrá su temperatura.

Humedad de salida del aire

1 2 1 2( )SGY Y X X

G (90)

Se calcula la entalpia del aire a la salida del secador por aplicación de un balance

general de energía:

Entalpia del aire a la salida del secador

2( ) 2 2 2(0.24 0.46 ) 597.2airedesalidaH Y T Y (91)


102

Entalpia del sólido a la entrada

1( ) 1 1( )solisoentrad sH Cps X T (92)

Se calcula la temperatura de salida del aire empleando la ecuación

(0.24 0.46 ) 597.2aireH Y T Y (93)

Temperatura de salida del gas

1( ) 1

1

1

597.2

0.24 0.46

airedeentradaH YT

Y (94)

Se calcula la temperatura de salida del aire de las zona III, TB y la temperatura del sólido

en la zona II, que es la temperatura humedad del aire en esta zona, por aplicación de un

balance de energía a la zona III del que se deduce que:

Temperatura de salida del aire de las diferentes zonas del secador

2 2( )S SB s w

C GT T T T

cG (95)

Este cálculo ha de efectuarse por tanto, para lo cual se supone un valor de TW. Se

calcula TB para el valor supuesto de TW y con este valor de TB e Y2 se determina TW.

Se calcula la temperatura de salida del aire en la zona II, tA por un balance de energía de

acuerdo con la ecuación:

1 1 1 1( / ) ( )SA S W s

GT T C X C C T T

G (96)


103

Se calcula separadamente el número de elementos de transmisión de cda una de estas

zonas, de acuerdo a la ecuación:

Número de elementos de transmisión de cada una de las zonas

'

( )OT

log

tN

T (97)

Se calcula la longitud de la unidad de transmisión de acuerdo con la ecuación:

Longitud de la unidad de transmisión

0.257OT

c GH

a (98)

Longitud total del secador

( ) ( ) ( )OT OT I OT OT II OT OT IIIz H N H N H N (99)


104

Tabla 6.11. Dimensiones del equipo secador de banda

Nota: El equipo secador de banda es un producto especialmente diseñado de acuerdo a las

especificaciones del material.

Tipo Secador de banda

Número de unidades 1

Ancho de la banda(m) 1.2

Longitud de la sección de secado(m) 8

Grosor del material (mm) 10

Temperatura (℃) 45

Presión del vapor (MPa) 0.4

Consumo de vapor (kg/h) 150

Tiempo de secado (min) 45

Capacidad de secado (kg H2O/h) 120

Potencia del ventilador (hp) 13.3

Potencia del equipo (hp) 15


105

ASPERSOR

Figura 6.8. Aspersor

El dimensionamiento del aspersor se realizó en función del diámetro de la gota D95, es

decir, el diámetro dentro del cual se encuentra el 95% de la nueve asperjada, de tal forma

que se garantiza que una gota de este tamaño se seca antes de llegar a la pared de la cámara

entonces el 95% de la nube también lo hará. D95, se define como sigue:

(100)

Dimensionamiento del aspersor

La relación Hcamara/ Dcamara de la cámara, con una sección cilíndrica (Hcilindro) y una cónica

(Hcono), con atomizador rotatorio es de 1.2 a 1.5.

A través de la revisión de la literatura de equipos comerciales, se encontró que las

dimensiones de la cámara de aspersor puede proponerse como sigue (Fig.6.9.):

95 1.4VS

D D


106

(101, 102, 103, 104,105)

Figura 6.9. Diagrama esquemático de las dimensiones de la cámara de aspersor

1.5

tan( )2

10

60

camara camara

conocono camara cono

cilindro camara cono

camaracono

cono

H D

DH R

H H H

DD


107

Características

1. El área de la superficie donde el material es rociado aumenta considerablemente. Así, se

logra que entre el 95% ~98% del agua se evapore rápidamente, durante el flujo de aire

caliente. Logrando obtener materiales secos en pocos segundos.

2. En caso de trabajar con materiales especiales, cuyos contenidos de humedad lleguen a

niveles de 90%, después de ser secado, no necesitan ser triturados y clasificados,

reduciendo así, los procesos de producción y mejorando tanto la eficiencia como la pureza

del producto final.

3. Tanto el diámetro de las partículas del producto, como su holgura y contenido de agua

pueden ser ajustados, simplemente con cambiar las condiciones de operación.

Atomizadores rotatorios

Difieren de los de presión en que el líquido logra velocidad sin alta presión. En la siguiente

tabla se resumen los efectos de las variables en el tamaño de la gota en un atomizador

rotatorio.


108

Tabla 6.12. Efecto de las variables sobre el tamaño de la gota

Variable Efecto

Disco rápido

Flujo de alimentación

constante

1 2

2 1

1 2

2 1

p

q

D N

D N

D Q

D Q

D=diámetro del disco

N= velocidad del disco, (rpm)

P=0.55-0.8

Q=flujo de alimentación

q= 0.1-0.12

Densidad del liquido

0.5

1 2

2 1

D

D

ρ=densidad

Fuente: Spray Drying Handbook (Masters, 1991)

El tamaño promedio de las gotas se puede estimar por el siguiente modelo matemático:

0.24

1

0.12

14000

( ) ( )0.6vs

QD

nh Nd

donde Dvs es el diámetro promedio (µm), d es el diámetro del disco atomizador (m), h es la

altura del aspa (pueden ir desde 8mm hasta 30mm) (m), N es la velocidad (rpm), Q1 es el

flujo másico (Kg/h) y n es el número de aspas (pueden ir en un número desde 18 a 36).

Distribución de tamaños. La distribución de tamaños para atomizadores rotatorios se

representa por:

0.6 ( )

a

m b d

KQD

N d nh


109

donde K, a, b, y d son función de la velocidad del disco y velocidad de carga del aspe. En la

siguiente tabla se resumen los valores reportados.

Tabla 6.13. Valores de K y exponentes aplicables en la ecuación

Velocidad

de disco

Velocidad

de carga de

aspa

A B D K

Normal Bajo

0.24

0.82

0.24

1.4 85-115

Normal-alto

25

Normal

85-180

Muy alto

250-1500

Normal-alto

0.2 0.8 0.2 1.6

180-300

Normal-alto

1000-3000

Muy alto

0.12 0.77 0.12 1.25

85-140 3000-60000 0.12 0.8 0.12 1.2

Fuente: Spray Drying Handbook (Masters, 1991)

Potencia necesaria para lograr la velocidad periférica:

10 2 2 23.8 10 2L dPk M N d d

Dónde: Pk es la potencia requerida (kW); d y dd son los diámetros de la boquilla y del

ducto distribuidor respectivamente (m); ML es el flujo másico (Kg/h).

La ecuación para la bomba es:

Aplicando la ecuación de Bernoulli y del análisis de variables

2

1

( ) 2

4(40)

P

P

K P VdP W Ev

G Nsp


110

Donde K, P variación en las energías cinética y potencial, la integral definida relaciona el

cambio de la presión a volumen constante, W es el trabajo requerido para impulsar el fluido

y Ev son las pérdidas de energía mecánica, G son los grados de libertad y representan el

número de variables en un conjunto de ecuaciones independientes a los que es necesario

asignar valores para resolver las ecuaciones, Nsp es el número de componentes o especies

que hay en la corriente.

Tabla 6.14. Dimensiones del aspersor.

Variable Valor o concepto

Tipo de boquilla Rotatoria

Diámetro (mm) 120

Velocidad periférica (m/s) 120

Flujo de alimentación (kg/h) 100

Potencia requerida (W) 334

Material de construcción Acero inoxidable

Especificación de las variables para la cámara de secado

Tiempo de residencia (s) 35

Temperatura de entrada ( C) 25

Variables especificas para la bomba

Presión de entrada (mmHg) 587

Presión de salida (mmHg) 760

Altura o longitud (m) 5

Eficiencia (%) 50


111

Dimensiones (m): Hcilindro= 9.01

Hcono= 1.6

D= 1.8

Dcono= 0.30

Volumen=24.26m3

La capacidad de evaporación del agua está relacionada con las propiedades del material y la

temperatura de entrada y salida


112

CAPITULO 7

7.1. Evaluación económica

7.1.1. Insumos

A continuación se presentan los requerimientos de insumos necesarios para la

elaboración de microcápsulas:

a) AGUA

Para el cálculo del consumo de agua se consideró lo siguiente:

Consumo humano

A nivel de proyecto, se considera el consumo de agua por persona en 0.005m3

diarios. Así:

(34 personas)(0.005m3 diarios/persona)=0.17m

3/día

330.17 30

5.11

m dias mmesdia mes

Consumos para el proceso

Piletas

Capacidad del tanque es de 51m3 cada pileta, para realizar el proceso de lavado y se

cambia agua 3 veces por semana, considerando estos datos se tiene que:

3351 4

2041

m piletas mdiapileta dia

Total por mes

33204 12

2448m dias m

mesdia mes


113

Consumos para otros usos

(1m3/dia)(30dias/1mes) = 1,275.9m

3


114

b) ENERGÍA ELÉCTRICA

El consumo de energía eléctrica para el funcionamiento de la planta es:

Tabla 7.1.

I. ILUMINACIÓN

Ubicación Área

(m3)

Luces

promedio

Potencia

(W)

kWh Kw/día kW/mes Valor promedio

kWh

Precio

trabajando 8

Horas

Oficina 159 46 2x40 3.86 30.88 679.36 0.09 993.6

Bodegas 1340 9 400 3.6 28.8 633.60 0.09 194.4

Área de

producción

713 14 400 5.6 44.8 985.60 0.09 302.4

Mantenimiento 65 8 2x40 0.64 5.12 112.64 0.09 172.8

Comedor 150 16 2x40 1.28 10.24 225.28 0.09 345.6

Caseta 6 1 100 0.1 0.8 17.60 0.09 21.6

Servicios

sanitarios

67 16 2x40 1.28 10.24 225.28 0.09 345.6

Exterior 567 8 400 3.2 25.6 563.20 0.09 172.8

Sub Total 1 156.48 3,442.56 4,520.9664


115

Tabla 7.2.

II. FUERZA MOTRIZ

Cantidad HP/Unidad HP

Total

kWh kW/día kW /mes Valor promedio

kWh

Precio

trabajando 8

Horas

Mezcladoras 4 3.0 12 8.95 71.6 1575.2 0.09 141.77

Secadora 1 11.4 11.4 8.5 68 1496 0.09 134.64

Bombas 16 2.5 40 30 240 5280 0.09 475.2

Aspersor 1 107 107 80 640 14,080 0.09 1267.2

Sub Total 2 127.45 1,19.6 22,431.2 2,018.81

Rendimiento promedio de los motores= 85%

Factor de potencia promedio=0.90

Uso del alumbrado en kW, en un turno de 8 horas /día corriente en watts: 156.48 kW /h, lo anterior más 10% de consumo por

imprevistos=172 kW

Potencia en kW A= Watts totales = 172 191.11 = 191 kWA

Factor de potencia 0.9


116

REQUERIMIENTO DE ESPACIO

La determinación de las áreas, cuya diversidad en la planta difiere de acuerdo a la

magnitud y capacidad de la planta, conlleva un análisis para determinar cuál es el grado de

necesidad de la empresa, y cuáles son las áreas más recomendables, de acuerdo a estas

necesidades.

Las áreas de la planta se clasifican en:

Servicios generales

Están formados por las funciones que sirven a toda la planta, consiste mayormente en

áreas de oficinas generales y actividades relacionadas.

Estas áreas se calculan en base al número de personal requerido para cada función. Así:

Áreas m2

Gerencia general 35

Secretaria y recepción 15

Departamento de ventas 30

Compras 30

Personal 35

Servicios generales 14

Total 159


117

Servicios al personal

Esta función de satisfacer o de dar un mejor servicio al personal. Los requerimientos

de estas áreas están estimados en función del número de personas de la empresa

Servicios Sanitarios (m2)

Armarios, lavados y urinarios 55

Inodoros 12

Total 67

Comedor (m2)

Cafetería 150

Total 150

Parqueo (m2)

Área del parqueo 152

Total 152

Total general (m2): 671


118

Servicios físicos a la planta

Están relacionadas con las facilidades físicas.

Áreas para servicios físicos a la planta (m2)

Mantenimiento 65

Reloj marcador 1

Caseta de vigilancia 6

Zona verde 90.5

Total 162.5

7.1.2. Personal requerido

Los requerimientos de personal, se presentan a continuación:

a) GERENCIA GENERAL

1 Gerente general

1 Secretaria

b) DEPARTAMENTO DE VENTAS

1 Encargado de ventas

c) DEPARTAMENTO ADMINISTRATIVO

1 Gerente Administrativo

1 Secretaria


119

1 Encargado de recursos humanos

1 Encargado de finanzas y presupuesto

d) DEPARTAMENTO DE COMPRAS

1 Encargado de Compras

e) DEPARTAMENTO DE PRODUCCION

1 Gerente de producción

2 Supervisores de producción

10 Operarios

1 Bodegueros

1 Supervisor de calidad

7.1.3. Organización de la empresa

De acuerdo al organigrama (véase diagrama No.4), se presentan las funciones,

responsabilidades y autoridad respectiva, para cada área específica, en relación a la

estructura de organización en que se fundamenta.


120

a) Gerencia general

Responsable ante la junta directiva de la empresa del buen funcionamiento y

administración de la empresa, por lo que deberá planificar, organizar, dirigir y

coordinar las diferentes actividades de la empresa, establecerá un programa a seguir

para cumplir las políticas y metas medioambientales establecidas por la empresa, así

como de llevar las auditorias del sistema de gestión medioambientales (paso 16).

Tendrá bajo su mando directo

A las gerencias de ventas, administrativa, de producción y de control de calidad.

b) Asistente administrativa

Desarrolla actividades tales como: atender el teléfono, correspondencia, archivar.

c) Departamento de ventas

Planifica e investiga nuevos mercados, planificar, controlar y supervisar las ventas

(presupuestos y gastos).

d) Departamento administrativo

Responsable ante la gerencia general, se encarga de planificar, organizar, dirigir y

coordinar las actividades de compra, personal, finanzas, servicios generales y el

comité de higiene y seguridad industrial (aplicando los pasos 6 y 13 de la norma

ISO 14000).


121

e) Compras

Efectúa las gestiones necesarias para adquisición de bienes y servicios de la

empresa. Estudia mercados, proveedores, precios y disposiciones gubernamentales

y negocia contratos de compra.

f) Personal

Responsables de la disciplina de todo el personal de la empresa, de las políticas de

reclutamiento, selección y contratación, d la administración de sueldos y salarios,

presentaciones y gestionar y desarrollar adiestramientos.

g) Comité de higiene y Seguridad industrial

Empleados de la empresa conforman este comité, el cual investigara las causas de

los riesgos ocupacionales, proponer medidas para corregirlas y vigilar que se

cumplan tales medidas; también eliminar o minimizar tales riesgos; además, deben

ser encargados de ejecutar el plan de emergencia, especificado en el paso 12 de la

norma ISO 14000.

h) Servicios generales

Encargado de controlar, programar y supervisar las actividades de limpieza,

vigilancia, mensajería y cuidado de las instalaciones.


122

i) Departamento de producción

Planifica, organiza, coordina dirige y controla las actividades productivas; de tal

manera que, la maquinaria, equipo, materiales y recursos humanos, sean utilizados

de la mejor forma posible.

j) Mantenimiento

Su objetivo principal es realizar el mantenimiento preventivo y correctivo de la

maquinaria de la empresa.

k) Control de calidad

Su función es inspeccionar, controlar y verificar la calidad de la materia prima,

productos en proceso y producto terminado.

l) Bodegas

Su principal función es almacenar la materia prima y los productos terminaos,

controlar las entradas y salidas de estos al proceso y a la venta.


123

ORGANIGRAMA DE LA EMPRESA

Diagrama 7.1. Organigrama de la empresa.

GERENTE

Secretaria

Departamento de

Administración

Departamento de

Ventas

Departamento de

Compras

Departamento de

Producción

Personal

Planta de Producción

Bodegas

Departamento de

Calidad

Finanzas

Servicios Generales

Comité de Higiene y

Seguridad Industrial

Mantenimiento


124

7.2. Estudio económico

7.2.1. Inversiones

Las inversiones necesarias para la ejecución de este proyecto, asciende a

$2, 355,943.52 de los cuales el 96% corresponden a las inversiones fijas y el 4% al

capital de trabajo

7.2.1.1. Plan Global de Inversiones

A continuación se presenta el plan global de las inversiones, en él se muestran los

desembolsos que se efectúa en cada uno de los rubros de inversiones fijas y activos

circulantes.

PLAN GLOBAL DE INVERSIONES

RUBROS DE INVERSIONES

TOTAL ($)

FUENTE

PROPIO ($) EXTERNO ($)

1 INVERSIONES FIJAS 2,261,705.78

a) Inversiones fijas tangibles

1. Terreno 651,000.00 420,546.00

2. Edificio 453,120.00 453,120.00

3. Maquinaria y Equipo 277,459.24 58,365.95 219093.29

4. Otras Inst. Auxiliares 7,228.00 7,228.00


125

5. Eq. Y suministro de Ofic. 58,501.00 58,501.00

6. Repuestos y Accesorios 16,798.012 16,798.012

7. Imprevistos 38,406.19 38,406.19

b) Inversiones fijas intangibles

1. Gastos de Organización 4,200.00 4,200.00

2. Puestas en Marcha 777,307.26 777,307.26

3. Inst. y Montaje de Maq. 10,566.92 10,569.00

4. Intereses 27,122.47 27,122.47

5. Imprevistos 2,622.47 2,622.47

2 CAPITAL DE TRABAJO 31,611.96 31,611.96

a) Materia Prima y

materiales

1,163.84

b) Producto en proceso 618.91

c) Producto terminado 4,555.81

d) cuentas por cobrar 10,492.63

e) Caja y banco 14,780.77

TOTAL DE INVERSION 2,355,943.52 202,084.88 691,129.00


126

7.2.1.2. Inversiones Fijas

Las inversiones fijas para el presente proyecto, se detallas a continuación:

7.2.1.3. Inversiones Fijas Tangibles

a) Terreno

El precio del terreno propuesto para la construcción de la planta es de $2,800.00

(precio por metro cuadrado), teniendo el terreno un área de 5,425 m2 su costo sería

de 15, 190,000.00

b) Edificio

El área total de construcción es de 2,758.50m2 y su costo es de $213,2970.00

Tabla 7.3. Costos del edificio

COSTOS DEL EDIFICIO

ÁREA m2

$ m2 TOTAL ($)

Oficinas

administrativas

190.00 144.00 27,360.00

Área de producción

(incluye bodegas)

1,148.00 100.00 137,760.00

Área de secado 1,028.00 50.00 114,800.00

Servicios sanitarios 67.00 102.00 6,834.00

Cafetería 150.00 68.00 10,200.00

Estacionamiento 152.00 50.00 7,600.00


127

Banco de

transformaciones

17.50 68.00 1,190.00

Caseta de

vigilancia

6.00 50.00 300.00

Total 2,758.50 306,044.00

c) Maquinaria y equipo

La maquinaria será importada a través de distribuidores locales.

Tabla 7.4. Costo de maquinaria y equipo

COSTO DE MAQUINARIA Y EQUIPO

CÓDIGO CANTIDAD NOMBRE COSTO

UNITARIO ($)

COSTO

TOTAL ($)

1 1 Aspersor 63,034.24 63,034.24

2 1 Secador 26,068.00 26,068.00

3 1 Báscula (909 Kg) 729.00 729.00

4 1 Báscula (404.5 Kg) 380.00 380.00

TOTAL MAQUINARIA 90,211.24

5 1 Montacargas 115,848.33 115,848.33

6 18 Tarimas 150.00 2,700.00

7 EQUIPO DE

MANTENIMIENTO

1 Caja de herramientas 1750.00 1,750.00


128

1 Caja de electricista 2250.00 2,250.00

1 Equipo de soldadura 1900.00 1,900.00

8 OTROS

15 Pares de botas de hule 350.00 5,250.00

9 17 Pares de guantes 50.00 850.00

10 15 Mascarillas 180.00 2,700.00

TOTAL EQUIPO 133,248.00

VEHÍCULO

11 1 Pick-up 54,000.00 54,000.00

GASTO TOTAL DE MAQUINARIA Y EQUIPO = $ 277,459.24

d) Instalaciones Auxiliares

Se refiera a la construcción de las piletas para el almacenamiento de agua.

Construcción de 4 piletas para el servicio del proceso.

Tabla 7.5. Costo de instalaciones auxiliares.

COSTO DE INSTALACIONES AUXILIARES

Capacidad: 51m3

Longitud 8 m

Alto: 1.20 m

Ancho: 3.5 m

Volumen total: 67.2 m3

Costo total = $65/m2 x 111.2 m

2 = $7,228


129

e) Equipo y Suministro de oficina

La inversión total en equipo y mobiliaria de oficina.

Tabla 7.6. Costo de equipo y suministro de oficina

COSTO DE EQUIPO Y SUMINISTRO DE OFICINA

CANTIDAD DESCRIPCIÓN COSTO

UNITARIO ($)

COSTO TOTAL

($)

1 Escritorio tipo ejecutivo 1,790.00 1,790.00

13 Escritorio tipo sencillo 790.00 10,270.00

1 Silla tipo ejecutivo 640.00 640.00

10 Silla tipo sencillo 320.00 3,200.00

10 Computadoras 3300.00 33,000.00

3 Impresoras 340.00 1,020.00

1 Fax 1,190.00 1,190.00

4 Archivos 400.00 1,600.00

6 Calculadoras 190.00 1,140.00

5 Papeleras plásticas 110.00 550.00

4 Basureros plásticos 37.50 150.00

2 Cafetera 600 1,200.00

6 Extinguidores 400 2,400.00

SUB TOTAL $58,150.00

Artículos de limpieza

4 Escobas 17.80 71.20


130

2 Palas plásticas 115.00 230.00

4 Trapeadores 5.00 20.00

6 Mantas para trapeadores 5.00 30.00

SUB TOTAL $351.20

TOTAL 58,501.00

Imprevistos = $38,117.06

f) Repuestos y Accesorio

Se calcula un 5% del valor total y equipo. El costo de repuestos y accesorios es de

$16,798.012

g) Imprevistos

Esto se estima en un 5% del valor total de todas las inversiones fijas tangibles. El

costo por imprevistos es de $38,406.19.

7.2.1.4. Inversiones Fijas Intangibles

a) Gastos de organización

Estos son los gastos correspondientes a los trabajos administrativos de

constitución de la empresa, los gastos legales, los gastos de la norma ISO 14000

estarían siendo contemplados en los sueldos ya que el proyecto es con un

enfoque a la norma ISO 14000 y los gastos no se contemplan para la ejecución


131

y gastos de oficina del periodo que anteceden al inicio de la ejecución del

proyecto.

GASTOS DE ORGANIZACIÓN

Consultas técnicas $2,000.00

Gastos notariales $1,000.00

Tramitación de gastos contables $500.00

Sueldos y gastos de oficina imputable al proyecto $700.00

TOTAL $ 4,200.00

b) Puesta en Marcha

Los gastos de puesta en marcha son los que se estiman realizar antes que las

maquinas estén ajustadas y en condiciones de producir normalmente, incluyen

consumo de mano de obra y materia prima, durante el periodo de prueba que se

ha estimado para un periodo de un mes.


132

Tabla 7.7. Costos de puesta en marcha.

COSTOS DE PUESTA EN MARCHA

TIEMPO

(Día)

PERSONAL No. DE

EMPLEADOS

SALARIO/EMPLEADOS

por día ($)

TOTAL

($)

1 Gerente de

producción

1 680.16 680.16

1 Supervisor de

producción

2 340.07 680.14

1 Supervisor de

calidad

1 340.7 340.07

1 Operarios 10 171.40 1,714.00

SUB TOTAL 3,414.37

1 Energía

eléctrica y

fuerza motriz

3,315.37

1 Agua 317.02

1 Materia prima y

materiales

770,260.5

SUB TOTAL 773,892.89

TOTAL 777,307.26

La inversión de gastos de puesta en marcha será amortizada en 5 años, así cada año se

tendrá la amortización siguiente:

777,307.26 /5 años $155,461.452


133

COSTO DE MATERIA PRIMA PARA UN MES

PRODUCTO CANTIDAD COSTO UNITARIO ($) COSTO TOTAL ($)

Quitosano 200kg 193.56 38,712.00

Alginato 2300kg 302.22 695,106.00

Insulina 100kg 166.20/ml 16,620.00

Magnetita 18kg 1,101.25 19,822.5

c) Instalación y Montaje de maquinaria

El costo de instalación de maquinaria para el proceso de elaboración de

microcápsulas es de $10,560.

d) Intereses

Estos son los que se pagaran en el periodo pre operativo por los préstamos

obtenidos, su costo total es de $27,122.47

e) Imprevistos

Se estima en un 5% del valor total de todas las inversiones fijas intangible, su

costo total es de $2,622.47


134

7.2.2. Capital de Trabajo

El monto disponible que debe tener la empresa para atender sus necesidades normales de

operación es de $770,943.99; y está compuesto por los rubros siguientes:

a) Materia Prima en Existencia

Se determinó en base a su costo de adquisición y a la política de inventario será para

una semana de producción

b) Otros Materiales

Necesarios para la producción; la política de almacenar estos materiales es de

acuerdo para cubrir las necesidades de dos semanas.

OTROS MATERIALES

Viñetas 226 x 0.04 $9.04

Bolsas 226 x 0.23 $51.98

Cintas 118.8 x 0.03 3.56

$64.58


135

c) Producto en Proceso

Este rubro se calculó en base al requerimiento de costos directos y gastos de

fabricación necesarios para la producción de un día (turnos de 8 horas) la inversión.

Necesidades para un día (obtenida de cuadro costos de producción para el primer

año).

PRODUCTO EN PROCESO

COSTOS DIRECTOS $ 227.16

GASTOS DE FABRICACIÓN $ 391.75

TOTAL $ 618.91

d) Producto terminado

La política de inventario para la producción terminado es de una semana. La

inversión para este rubro se estimó de acuerdo a los costos de fabricación y costos

de administración.

Para determinar la cantidad necesaria de capital para producto terminado se ha

considerado en base a la política de inventario que es de 1 semana utilizando para

ello la siguiente fórmula:


136

CT= T x (COSTOS DE FABRICACIÓN + COSTOS DE ADMINISTRACIÓN)*

CT= 5 días x ($618.91 + $209.42)

CT= $4,141.65

e) Cuentas por cobrar

La política de ventas que se determinó, establece el 60% de las ventas al crédito de

las ventas al crédito a 30 días plazo y 40% al contado.

Para determinar el capital de trabajo, se estimó el costo del producto determinado

que se dará el crédito para un mes.

CT= T x COSTO DE OPERACIÓN

Donde:

CT = Capital de trabajo para la inversión de cuentas para cobrar.

T= Tiempo o periodo de crédito concedido.

Microcápsulas

Costo de producción anual $240,190.73

Menos

Depreciación $10,464.54

Interés $ 46,444.44


137

Costo de operación anual $183,281.75

Costo de operación mensual $ 14,583.00

$14,583.00(1 ) (60%) $8,749.80

1CT mes

mes

TOTAL CUENTAS POR COBRAR = $8,749.80

f) Cajas y Bancos

Para el cálculo de este rubro se consideraron los gastos en que incurría la empresa

para el desarrollo de sus labores durante un mes.

CAJA Y BANCO

(1 Mes de operación)

Mano de obra directa $2,571.00

Mano de obra indirecta $2,995.37

Sueldos y salarios administrativos $4,358.410

Sueldos y salarios para ventas $408.08

Repuestos $401.88

Agua $325.35

Energía eléctrica $3,640.68


138

TOTAL $14,780.77

7.2.3. Presupuestos de costos e ingreso

En esta sección se presenta la estructura de los costos de producción, clasificados como:

costos de fabricación, costos de administración, costos de vender y costo financiero.

También las ventas.

7.2.3.1. Costos de producción

El costo anual de la empresa, tradicionalmente se ha clasificado en: costos de fabricar,

costo de administrar, costo de vender y costo financiero.

COSTOS DE PRODUCCIÓN PARA EL PRIMER AÑO

COSTOS DE FABRICAR

Costos directos

Materia prima $28,674.00

Materiales directos $3,283.92

Mano de obra directa $30,852.00

Sub Total $62,809.92


139

Gastos de fabricación

Materiales indirectos Repuestos $5,782.60

Útiles de aseo $ 174.2

Mano de obra indirecta $35,944.44

Gastos indirectos Energía eléctrica $43,688.16

Guantes, botas y mascarillas $850.00

Agua $3,904.20

Depreciación $11,628.00

Amortización de gastos puesta en

marcha

$2,113.38

Imprevistos $5,158.16

Sub Total $108,321.31


140

COSTOS DE ADMINISTAR

Sueldos y salarios $52,300.99

Artículos de oficina y papelería $890.00

Depreciación de equipo de

oficina

$2,755.50

Imprevisto $2,757.32


COSTOS DE VENDER $4,897.04

Sueldos y salarios $244.85

Sub Total $5,141.89

COSTOS FINANCIEROS

Interés a largo plazo $55,291.00


TOTAL $289,467.83


141

A continuación se presentan los costos en forma desglosada para el primer año de

operación.

7.2.3.2. Costos de fabricación

Estos costos están formados por los costos directos y los gastos de fabricación o carga

fabril.

a) Costos directos

Comprende la materia prima y material que se incorporan al producto y pasan a

formar parte del mismo, así como la mano de obra utilizada directamente en la

fabricación de ellos.

TOTAL DE COSTOS DIRECTOS: $62,809.92

b) Gastos de fabricación

Comprende los materiales indirectos, mano de obra indirecta y gastos indirectos.

TOTAL DE GASTOS DE FABRICACION: $108,321.31


142

7.2.3.3. Costos de administración

Estos costos son los resultantes de la administración de la empresa, dependientemente de

los gastos productivos de la misma.

TOTAL DE COSTOS DE VENDER: $ 57,903.71

7.2.3.4. Costos de venta

Estos se refieren a los sueldos y salarios de los vendedores.

TOTAL DE COSTOS DE VENDER: $ 5,141.89

7.2.3.5. Costos de financieros

En estos costos se incluyen los intereses a largo plazo, a pagar por los financiamientos

obtenidos.

TOTAL DE INTERES A PAGAR: $55,291.00

7.2.3.6. Costos por línea de producción

Partiendo de los costos totales de Producción.

Los costos totales para la línea son:

- Microcápsulas $240,726.57


143

7.2.3.7. Ecuación de costos

Los costos unitarios de producción se obtuvieron a partir de la ecuación de costos de

fabricar, de administrar, de vender y de financiamiento, en fijos y variables, como a

continuación se muestra:

DISTRIBUCIÓN DE COSTOS FIJOS Y VARIABLES PARA EL PRIMER AÑO

MICROCÁPSULAS MAGNÉTICAS

Volumen de Producción: 7,666,666 Kg/mes

COSTOS TOTAL PARTE FIJA PARTE VARIABLE

Costos de fabricar

Costo directo $52,760.33 $25,915.68 $26,844.65

Gasto de fabricar $88,563.49 $48,585.91 $39,977.58

SUB TOTAL $141,323.82 $74,501.59 $66,822.23

Costo de administrar 48,639.12 48,639.12

Costo de vender 4,319.19 4,319.19


144

Costo financiero 46,444.44 46,444.44

SUB TOTAL 99,40,726.57 173,904.34 $66,822.23

TOTAL 249,726.57 173,904.34 $66,822.23

La clasificación de los costos, en fijos y variables se muestra a continuación

CLASIFICACIÓN DE COSTOS EN FIJOS Y VARIABLES

1 COSTOS FIJOS

a. Costos directos

Mano de obra directa

b. Gastos de fabricación

Repuestos

Útiles de aseo

Mano de obra indirecta (sueldos y salarios)

Botas, guantes, mascarillas

Depreciación


145

Amortización de gastos de puesta en marcha

Imprevistos

c. Costos de administración

Sueldos y salario

Artículos de papelería y oficina

Depreciación de equipo de oficina

Imprevistos

d. Costos de ventas

Sueldos y salarios

Imprevistos

e. Costos financieros

Interés a largo plazo

2 COSTOS VARIABLES

a. Costos directos

Materia prima


146

Materiales

b. Gastos de fabricación

Energía eléctrica y fuerza motriz

Agua

7.2.3.8. Costo unitario

La ecuación de costos que se utilizó para determinar loa costos unitarios, para cada

producto, tomando en cuenta todos los gastos en que se incurren para elaborar estos. Se

determinó una ecuación para el producto:

a) Microcápsulas

PRODUCCIÓN: 91, 999,992 Kg/año (x)

Costo de fabricar (G1)

Costo fijo: $74,501.59

Costo variable: $66,822.23/ 227,480= $0.293

G1: $74,501.59+$0.293(x)


147

Costo de administrar (G2)


G2: $48,639.12

Costo de vender (G3)


G3: $4,319.9

Costo financiero (G4)

Costo fijo: $46,4444.44

G1: $46,4444.44

GASTOS TOTALES = G1 + G2 + G3 + G4

Entonces: GT = $173,904.33 + 0.293 x

Luego: C.U. = .

. .C F

C VPRODUCCION

AÑO


148

Donde:

C.U. = Costo unitario total

C.F. = Costo fijo total

C.V. = Costo variable total

Por lo tanto:

17,390,433. . 0.293

2,274.80C U x

C.U.=$7,645.11/kg

7.2.4. Ventas

7.2.4.1. Fijación de precio de venta

Para la fijación de los precios de venta, se ha tomado las consideraciones siguientes:

a) Precios en el mercado existente de productos similares

Precio por frasco de 40/microcápsulas

Microcápsulas $1,228.00

b) El producto se venderá al mercado nacional

c) Obtener utilidades que cubran los compromisos adquiridos


149

De acuerdo a las consideraciones anteriores, se determinó el siguiente precio:

Microcápsulas

Precio unitario: $19.11 por microcápsula

Precio de venta: $20.12

Utilidad: 37%

La utilidad se considera a partir del margen que permite haber cubierto los costos unitarios

hasta el tope del precio de compra en el mercado.

7.2.4.2. Ingreso por venta

a) Plan de ventas para el primer año

Como política de la empresa se ha considerado que las ventas serán el 40% al

contado y el 60% al crédito, con un plazo de 30 días.

Para el primer año se tiene: Ventas anuales: $4, 395,938.25

Ventas mensuales: $336,328.19


150

A continuación se muestra una comparación de los precios por tratamiento de cada paciente

por mes.

PRESENTACION COSTOS

(M.N)

TRATAMIENTO

p/1mes

COSTOS

(M.N)

Frascos c/40

pastillas

$1,228.00 P/13 días tomando 3 al

día (2 frascos)

$2,456.00

Inyecciones $228.00 Tomando 3 al día (90

inyecciones)

$20,520.00

Frascos c/40

pastillas

$804.00 p/1 mes y 1 semana

tomando 1 diaria

$804.00

PLAN DE VENTAS PARA EL PRIMER AÑO

MES CONTADO

(40%)

CREDITO

(60%)

TOTAL ($)

ENERO 13,305.80 0.00 13,305.80

FEBRERO 13,305.80 19,958.70 33,264.50

MARZO 13,305.80 19,958.70 33,264.50

ABIL 13,305.80 19,958.70 33,264.50

MAYO 13,305.80 19,958.70 33,264.50


151

JUNIO 13,305.80 19,958.70 33,264.50

JULIO 13,305.80 19,958.70 33,264.50

AGOSTO 13,305.80 19,958.70 33,264.50

SEPTIEMBRE 13,305.80 19,958.70 33,264.50

OCTUBRE 13,305.80 19,958.70 33,264.50

NOVIEMBRE 13,305.80 19,958.70 33,264.50

DICIEMBRE 13,305.80 19,958.70 33,264.50

7.2.5. Financiamiento

El monto total de la inversión de este proyecto, será financiado en un 23% con fondos

propios y el resto provendrá de fuentes externas.

Para el financiamiento externo s propone cualquier banco del sistema.

7.2.5.1. Préstamo para terreno

Monto $15,190,00.00

Plazo 10 años

Tasa de interés 8%


152

7.2.5.2. Préstamo para edificio

Monto $213,297.00

Plazo 10 años

Tasa de interés 8%

Tabla 7.8. Fondo de amortización para préstamo del edificio.

FONDO DE AMORTIZACIÓN PARA PRÉSTAMO DEL EDIFICIO

AÑO CUOTA ($) INTERES ($) CAPITAL ($) SALDO ($)

1 0 17,064 0 213,297

2 34,144.52 17,064 17,081 196,216

3 34,144.52 15,697 18,447 177,769

4 34,144.52 14,22 19,923 157,846

5 34,144.52 12,628 21,517 136,329

6 34,144.52 10,906 23,238 113,091

7 34,144.52 9,047 25,097 87,994

8 34,144.52 7,039 27,105 60,889

9 34,144.52 4,871 29,273 31,615

10 34,144.52 2,529 31,615 0


153

7.2.5.3. Préstamo para maquinaria

Tabla 7.9. Fondo de amortización para préstamo de la maquinaria.

FONDO DE AMORTIZACIÓN PARA PRÉSTAMO DE LA MAQUINARIA

AÑO CUOTA ($) INTERÉS ($) CAPITAL ($) SALDO ($)

1 0 4,583 0 57,286

2 17,295.83 4,583 12,713 44,573

3 17,295.83 3,566 13,730 30,843

4 17,295.83 2,467 14,828 16,015

5 17,295.83 1,281 16,015 0

Monto $57,286.00

Plazo 5 años

Tasa de interés 8%


154

7.2.5.5. Ganancias

Tabla 7.10. Valor actual neto.

VALOR ACTUAL NETO

AÑO INGRESO EGRESO FLUJO NETO FACTOR VAN

1 450,503.93 300,959.91 149,544.02 0.93 138,466.69

2 580,367.75 379,392.57 200,975.18 0.86 172,303.82

3 668,523.94 398,850.99 269,672.95 0.79 214,075.08

4 778,700.62 420,223.44 358,477.19 0.74 263,491.43

5 912,599.12 443,021.47 469,577.65 0.68 319,586.66

6 1,046,169.22 444,136.61 602,032.62 0.63 379,382.67

7 1,222,833.50 468,965.96 753,867.54 0.58 439,874.47

8 1,408,793.49 492,385.34 916,408.14 0.54 495,106.80

9 1,617,345.06 520,944.12 1,096,400.94 0.50 548,473.44

10 1,847,214.87 551,993.76 1,295,221.11 0.46 599,937.98

TOTAL 3,570,699.04

VAN= -Inversión Inicial + Σ VAN

VAN = $2, 677,485.06 VAN>0


155

7.2.5.4.1. Tasa interna de retorno o de recuperación

La tasa interna de retorno, es aquella que reduce la VAN a cero, su expresión es la

siguiente:

Donde:

n= Años

(It-Et)= Flujo Neto

I= Tasa de Prueba

(1+i)n = Factor

Tabla 7.11. Tasa interna de retorno.

AÑO FLUJO

NETO

TASA DE

PRUEBA

FACTOR VAN

1 149,544.02 0.36849978 1.36849978 109,275.88

2 200,975.18 0.36849978 1.872791648 107,313.15

3 269,672.95 0.36849978 2.562914958 105,221.18

4 358,477.19 0.36849978 3.507348556 102,207.46

5 469,577.65 0.36849978 4.799805728 97,832.64

6 602,032.62 0.36849978 6.568533082 91,654.04

7 753,867.54 0.36849978 8.989036078 83,865.23

8 916,408.14 0.36849978 12.3014939 74,495.68

9 1,096,400.94 0.36849978 16.83459169 65,127.86

10 1,295,221.11 0.36849978 23.03813502 56,220.74

ΣVAN 893,213.88

0

( )

(1 )

t n

nt

It Et

i


156

VAN = ΣVAN – Inversión Inicial

VAN = $ 893,213.88

VAN = 0

Por lo que la TIR = 36.85%

7.2.5.4.2. Rentabilidad del proyecto

El proyecto económicamente es rentable, los análisis financieros demuestran que se puede

cubrir los gastos para ejecutar el funcionamiento de la planta a la vez generar utilidades.


157

CAPITULO 8

8.1. Aspectos ambientales

Análisis de los principales aspectos ambientales del producto en TODO SU CICLO

DE VIDA.

- Responsable de desarrollo de producto: liderar la evaluación-priorización.

Transmitir las claves al diseñador externo y la importancia de cada etapa. Coordinar

al equipo.

- Dirección general: será informado de los resultados (importante para el

entendimiento del proceso y la toma de decisiones).

- Otros departamentos: facilitar información (estados de ventas y compras,

cálculos de transporte, pesos de materias primas,…)

- Experto medioambiental externo: ayudar con los conocimientos en la

evaluación-priorización de aspectos ambientales.

- Diseñador externo: se recomienda su participación en el proceso de

determinación y priorización de aspectos ambientales.

Esquema de la etapa

Personas o departamentos implicados


158

- Matriz MET

- Eco-indicadores

- Herramientas, Análisis de ciclo de vida.

Cuando se empezó el proyecto de Eco-diseño, se tomó en cuenta algo muy importante;

obtener una perspectiva general de los aspectos del producto que causan mayores impactos

ambientales, para identificar las prioridades para la realización de mejoras de este

producto.

Para la obtención de esta perspectiva general no solo basto con estudiar el producto físico,

sino que se requiere una visión del sistema del producto en su conjunto.

El análisis de los aspectos ambientales de la microcápsula, se tomó en cuenta el frasco, la

tapadera y las capsulas. Véase la siguiente figura grafica de un sistema del producto.

Herramientas

Acortar los límites del sistema del producto.


159

Figura 8.1. Sistema del producto físico de la microcápsula

Un criterio importante para la definición del sistema del producto estuvo en concluir

aquellos aspectos externos al producto que pueden verse afectados al modificar el diseño.

Las microcápsulas cambia la consistencia si se encuentra en algún lugar con temperaturas

C).

- Aspecto ambiental: según la norma ISO 14001: “elemento de las actividades,

productos o servicios de una organización que puede interactuar con el medio

ambiente”. Está asociado por tato directamente al PRODUCTO.

Frasco

Microcápsulas

¿Qué son los aspectos ambientales del producto y por qué es importante identificarlos

y priorizarlos?


160

- Impacto ambiental: “cualquier cambio en el medio ambiente, sea adverso o

beneficioso, resultante en todo o en parte de las actividades, productos o servicios de

una organización”. Está asociado, por tanto, directamente al MEDIO ABIENTE

GLOBAL.

Ahora, ya centrados en nuestro producto hacemos el Eco diseño, los que nos

intereso es la identificación de los aspectos ambientales concretos en este producto

para tratar de optimizarlos.


161

ÁREA DE

INCIDENCIA

CAUSA

Aspecto medioambiental

EFECTO

Impacto medioambiental

RESIDUOS

Residuos peligrosos

Residuos inertes o

inertizados

Residuos urbanos o

municipales.

Contaminación del

suelo

Contaminación de las

aguas subterráneas

Detraimiento de la

biodiversidad

Bioacumulación

Riesgos para la salud

humana

Destrucción de la capa

de ozono

Efecto invernadero

Lluvia acida

Smog


humana

Eutrofización

Disminución de la

biodiversidad

Muerte de especies

acuáticas


humana

ATMOSFERA

Emisiones

Inmisiones

Focos fijos

Focos móviles

Captación

de agua

Vertido de

aguas residuales

Manantial,

pozo o rio

Rio, mar o

red de

saneamiento

AGUA


162

Diagrama 8.1. Posibles causas-efectos derivados de los diferentes aspectos ambientales y sus impactos.

Efectos locales:

Generación

ruidos/vibraciones/olor

es/humos


humana

Contaminación del

suelo


aguas subterráneas

Contaminación

atmosférica


humana

Agotamiento de recursos

naturales:

Energía

Agua

Materias primas


aguas subterráneas


aguas superficiales

Pérdida de

biodiversidad


humana

AMBIENTE

EXTERIOR

Ruido y

vibraciones

Olores

SUSTANCIAS

PELIGROSAS

Almacenamiento

Transporte

RECURSOS

NATURALES

Consumo de agua

Consumo de energía

Consumo de

combustibles

Consumo de papel,

madera,…

SUELOS Contaminación

de suelo


163

Para el caso de las microcápsulas, como afectan a los impactos ambientales globales:

Existen varios métodos, cualitativos y cuantitativos, para analizar el perfil ambiental del

producto y establecer prioridades ambientales. Todos los métodos en el análisis de ciclo de

vida, lo que significa que estos métodos analizan todas las fases del ciclo de vida del

producto en cuanto a los aspectos ambientales del producto en cada una. Los objetivos de

utilización de estos métodos son:

- Obtener una perspectiva general de los principales aspectos ambientales del

producto durante todo su ciclo de vida.

- Identificar las principales ambientales que se trataran durante el proceso del Eco

diseño.

ASPECTOS AMBIENTALES IMPACTOS AMBIENTALES

- Consumo de agua,

energía

- Residuos inertes

- Ruidos, vibraciones y

olores

- Almacenamiento y

transporte

- Agotamiento de recursos

naturales

- Contaminación del suelo,

aguas y riesgos para la

salud

- Efectos locales

- Contaminación del suelo,

aguas y riesgos para la

salud

-


164

Matriz MET

Es un método cualitativo o semicualitativo que sirve para obtener una visión global de

las entradas y salidas en cada etapa del ciclo de vida del producto.

La matriz MET engloba:

M- utilización de Materiales en cada etapa de ciclo de vida. Se refiere a todas las

entradas (consumos) en cada una de las etapas del ciclo de vida. Esto proporciona

una visión de cuáles son las entradas prioritarias por su mayor cantidad, toxicidad,

o porque son materiales escasos.

E- utilización de Energía. Se refiere al impacto de los procesos y de transporte de

cada etapa del ciclo de vida (aquellos que consumen mucha energía

principalmente). Esto proporciona una visión de cuáles son los procesos o

transportes de mayor impacto en todo en ciclo de vida del producto.

T- Emisiones Toxicas (todas las salidas: emisiones, vertidos o residuos tóxicos).

Se refiere a todas las salidas producidas en el proceso. Esto da una idea de cuáles

fueron las salidas más importantes por su toxicidad.

Estos son los aspectos que están incluidos en la matriz MET, de forma simplificada y

organizados según las etapas del ciclo de vida del producto.


165

Tabla 8.1. Matriz MET.

Usos de MATERIALES

(entradas)

M

Uso de ENERGIA (entradas)

E

EMISIONES TOXICAS (salidas:

emisiones, vertidos y residuos)

T

Obtención y consumo

de materiales y

componentes

- Todos los materiales,

piezas y componentes

necesarios que son

comprados tal cual.

- Consumo de energía

necesarios para la obtención

en bruto de los materiales

comprados.

- Energía necesaria para

obtener los materiales en el

estado que son adquiridos

(laminados, tratamiento

superficial,…)

- Consumo de energía para

el transporte de materiales

comprados hasta fabrica.

- Residuos tóxicos

generados en la obtención y

transformación de los materiales

adquiridos antes de su llegada a la

empresa.

Producción en

fabrica

- Materiales auxiliares

comprados tal cual

(tornillería, elementos

eléctricos,…).

- Sustancias auxiliares que

- Consumo de energía en

los procesos empleados en

fábrica.

- Residuos tóxicos

producidos en fábrica.

- Restos de materiales:

recortes, rechazos,…


166

son usadas en el procesos d

producción y no incluidas

en la etapa anterior

(elementos para soldadura,

pintado, moldeo de fibra de

vidrio,…

Distribución - Embalajes del

producto.

- Elementos de re

embalaje empleados para el

transporte y distribución.

- Consumos de energía en

el empaquetado y el

embalaje.

- Transporte desde fábrica

a los distribuidores finales.

- Residuos de la combustión

producidos durante el transporte.

- Residuos de embalaje.

Uso o utilización - Consumibles

- Piezas de repuestos

estimadas.

- Energía consumida por el

producto a lo largo de su vida

útil estimada.

- Residuos de consumibles.

- Residuos de piezas de

repuesto.

Sistema de fin de vida

Eliminación final

- Consumo de

materias primas y

auxiliares para el

tratamiento de fin de vida.

- Energía utilizada en

algunos de los sistemas fin de

vida de materiales o partes

(incineración, desmontaje,

reciclado,…)

- Energías para el

transporte a los sistemas de

fin de vida.

- Residuos tóxicos que

genera el producto y que son

destinados a gestor autorizado.

- Materiales de vertedero

- Reciclaje de materiales

- Residuos de la combustión.


167

Para priorizar con la matriz MET es conveniente seguir una serie de reglas que

orientan sobre las principales fuentes de impacto ambiental.

- El producto a la hora de la elaboración, el consumo de energía es un punto

importante de gran interés.

- Habrá que tener especial cuidado con aquellos materiales como lo son el ácido

acético y cloruro de calcio.

- Prestar atención al consumo de materiales auxiliares durante la fase de lavado

del producto.

En general los materiales a utilizar en el producto no ocasionan mayor daño al medio

ambiente ya que la mayoría de materia prima a utilizar en biodegradable, amable con

el medio ambiente.


168

8.3. Aspectos de seguridad

La industria farmacéutica es un importante elemento de los sistemas de asistencia

sanitaria de todo el mundo; está constituida por numerosas organizaciones públicas y

privadas dedicadas al descubrimiento, desarrollo, fabricación y comercialización de

medicamentos para la salud humana y animal.

.

Los avances en la medicina suscitan, a su vez, una nueva preocupación por la protección

de la salud y la seguridad de los trabajadores en la industria farmacéutica.

Son muchos los factores dinámicos científicos, sociales y económicos que configuran la

industria farmacéutica.

Los reglamentos y las políticas de asistencia sanitaria aplicables a los productos

farmacéuticos son sensibles intereses públicos, de grupos de defensa y privados. La

interacción de todos estos complejos factores influye en el descubrimiento, desarrollo,

fabricación, comercialización y venta de fármacos.

Riesgos generales para la salud y la seguridad

- Ergonomía y manipulación del material

Los materiales transportados, almacenados, manipulados, procesados y envasados en la

varían desde grandes cantidades de materias primas a pequeños envases con producto.


169

Las materias primas para las microcápsulas se transportan en grandes contenedores (p.

ej., camiones cisterna, vagones), tambores de metal y fibra, papel reforzado y bolsas de

plástico. En la elaboración de las microcápsulas se utilizan cantidades menores de

materias primas, debido a la escala reducida de las operaciones. Se utilizan diversos

dispositivos de manipulación del material (p. ej., carretillas elevadoras, paletas,

montacargas de vacío y gatos de tambor) para la manipulación del material durante las

operaciones de producción y almacenamiento. Pueden producirse riesgos ergonómicos

al desplazar materiales y equipos sin disponer de dichos aparatos.

Las buenas prácticas de ingeniería industrial y de gestión de las instalaciones reducen las

lesiones causadas por la manipulación del material mejorando el diseño y las

características del equipo y el lugar de trabajo y disminuyendo el tamaño y peso de los

contenedores. Las medidas de control técnico (p. ej., diseño ergonómico de

herramientas, materiales y equipo) y administrativo (p. ej., rotación de los trabajadores,

formación) reducen los riesgos de traumatismos durante las operaciones repetitivas de

producción y envasado.

- Protección de las máquinas y control de la energía peligrosa

Las piezas móviles sin protección de los equipos de fabricación y envasado presentan

riesgos mecánicos. Los “puntos de choque y contacto” expuestos de los equipos abiertos

pueden causar lesiones graves. Los riesgos mecánicos son mayores debido al número y a

la variedad del diseño de los equipos, a la masificación en el lugar de trabajo y a las

frecuentes interacciones entre trabajadores y equipo. Las protecciones de bloqueo, los

interruptores de control, los dispositivos de parada de emergencia y la formación de los


170

operarios son medios importantes de reducción de los riesgos mecánicos. El pelo suelto,

la ropa de manga larga, las joyas u otros objetos pueden quedar atrapados en el equipo.

La inspección de rutina y las actividades de reparación identifican y controlan los

riesgos mecánicos durante las operaciones de producción y envasado.

Se debe liberar o controlar la energía peligrosa eléctrica, neumática y térmica antes de

trabajar con el equipo y los servicios activos. Los trabajadores se protegen de las fuentes

de energía peligrosa aplicando procedimientos de bloqueo/cierre.

- Exposiciones al ruido

Los equipos y servicios de fabricación (p. ej., aire comprimido, y sistemas de

ventilación) pueden generar altos niveles de ruido. Debido al diseño en módulos

cerrados de los lugares de trabajo, los trabajadores se encuentran a menudo próximos a

las máquinas durante las operaciones de fabricación y envasado. De hecho, observan e

interactúan con el equipo de producción y envasado, aumentando de esta forma su

exposición al ruido. Los métodos de ingeniería reducen los niveles de ruido

modificando, cerrando y amortiguando las fuentes de ruido.

La rotación de los trabajadores y el uso de dispositivos de protección auditiva (p. ej.,

tapones para los oídos) reducen la exposición individual a altos niveles de ruido. Los

programas de conservación de la audición identifican las fuentes de ruido, reducen los

niveles de sonido en los lugares de trabajo y forman a los trabajadores acerca de los

riesgos de la exposición al ruido y el uso adecuado de dispositivos de protección

auditiva. El control del ruido y el seguimiento médico (p. ej., con audiometrías) evalúan


171

las exposiciones del trabajador al ruido y las pérdidas de audición resultantes. Esto

ayuda a identificar los problemas de ruido y a evaluar la adecuación de las medidas

correctoras.

- Exposiciones a vapores de disolventes y fármacos potentes

La exposición de los trabajadores a vapores tóxicos de disolventes, como los polvos

transportados por el aire, puede ser objeto de preocupación. Esta exposición se puede

producir durante distintas operaciones de fabricación, que necesitan ser identificadas,

evaluadas y controladas para garantizar la protección de los trabajadores. Los controles

técnicos son los medios de control preferidos, debido a su eficacia y fiabilidad. Los

equipos cerrados de procesado y los sistemas de manipulación de materiales previenen

las exposiciones de los trabajadores. Es necesario aumentar el confinamiento de las

instalaciones y del proceso para controlar los disolventes, y el uso de respiradores de

presión positiva (p. ej., de purificación por corriente de aire y admisión de aire) y de EPP

cuando se manipulan y procesan disolventes muy tóxicos y fármacos potentes. Son

preocupantes las operaciones en las que se generan altos niveles de vapores de

disolventes (p. ej., composición, granulación y recubrimiento de comprimidos) y polvos

(p. ej., secado, molturación y mezclado). Las salas estanco y de duchas, las prácticas de

descontaminación y las buenas prácticas sanitarias (p. ej., lavado y duchas) son

necesarias para prevenir o minimizar los efectos de las exposiciones de los trabajadores

dentro y fuera del lugar de trabajo.


172

- Gestión de seguridad de los procesos

En la industria farmacéutica se aplican programas de seguridad de los procesos debido a

la complejidad de la química, la peligrosidad de los materiales y las operaciones en la

fabricación de productos químicos a granel. Deben evaluarse la termodinámica y la

cinética de estas reacciones químicas, ya que pueden participar materiales altamente

tóxicos y reactivos y compuestos lacrimó-genos e inflamables o explosivos. La gestión

de la seguridad de los procesos implica la realización de ensayos de los riesgos físicos de

los materiales y reacciones, la organización de estudios de análisis de riesgos para

revisar la química del proceso y las prácticas técnicas, el examen del mantenimiento

preventivo y la integridad mecánica del equipo y servicios del proceso, la formación de

los trabajadores y la elaboración de instrucciones de trabajo y procedimientos de

respuesta de emergencia. Las características técnicas especiales para la seguridad del

proceso incluyen la selección de recipientes a presión adecuados, los sistemas de

aislamiento y supresión y la ventilación de seguridad para amortiguar la presión con

tanques de captación. Las prácticas de gestión de la seguridad de los procesos son

similares en las industrias farmacéutica y química cuando se fabrican productos

farmacéuticos.


173

8.2.1. Análisis HAZOP PROYECTO: ELABORACION DE MICROCAPSULAS

1 ASENTAMIENTO DE

TERRENO-FALLA GEOMÉTRICO

si BF 4 GRAVE ELIMINAR EL RIESGO QUE PUEDA

AFECTAR LAS INSTALACIONES O PROCESO

2 CONTAMINACIÓN

AMBIENTAL DE

FUENTES EXTERNAS QUE AFECTEN AL

PROYECTO

no MA

3

LEVE MINIMIZAR LOS EFECTOS DE LOS

RIESGOS DESENCADENADOS

3 CRECIDA PLUVIAL no BF-O 6 LEVE ELIMINAR EL RIESGO QUE PUEDA AFECTAR LAS INSTALACIONES O

PROCESO

4 HUMEDAD-NEBLINA

AMBIENTAL

no BF-O 8 LEVE ELIMINAR EL RIESGO QUE PUEDA

AFECTAR LAS INSTALACIONES O PROCESO

5 INUNDACIÓN si BF-O 20 SERIO MINIMIZAR LOS EFECTOS DE LOS


6 LLUVIAS EXTERNAS si BF 8 LEVE MINIMIZAR LOS EFECTOS DE LOS RIESGOS DESENCADENADOS

8 SISMOS si BF-O 8 GRAVE ESTABLECER PLANES DE EMERGENCIA

Y DE CONTINGENCIA


174

RIESGOS ASOCIADOS A LOS INSUMOS PARA LAS OPERACIONES-CONSTRUCCION-MONTAJE-PUESTA EN MARCHA

9 FALLA O MENOR

CANTIDAD EN EL

SUMINISTRO DE

PRODUCCIÓN PARA EL PROCESO (PROVEEDOR

EXTERNO)

SI O 4 GRAVE MINIMIZAR LOS EFECTOS DE LOS RIESGOS DESENCADENADOS

10 FALTA DE AGUA PARA

PROCESOS EN PLANTA

SI O 4 LEVE MINIMIZAR LOS EFECTOS DE LOS


11 FALTA/FALLA TOTAL DE

ENERGÍA ELÉCTRICA.

SUMINISTRO EXTERNO

SI O 4 SERIO ELIMINAR EL RIESGO QUE PUEDA

AFECTAR LAS INSTALACIONES O

PROCESO

12 MATERIAL ENTREGADO POR EL PROVEEDOR NO

CUMPLE ESTÁNDARES

SI O 3 GRAVE ELIMINAR EL RIESGO QUE PUEDA AFECTAR LAS INSTALACIONES O

PROCESO


175

13 CAÍDA DE PERSONAS A

DISTINTO NIVEL

SI P 3 SERIO APLICAR MEDIDAS DE CONTROL DE

RIESGO

14 CAÍDA DE PERSONAS A

MISMO NIVEL

SI P 3 LEVE APLICAR MEDIDAS DE CONTROL DE

RIESGO

15 COLAPSO

ESTRUCTURAL

SI BF-O 8 GRAVE ESTABLECER PLANES DE EMERGENCIA

Y DE CONTINGENCIA

16 CORROSIÓN SI BF-O 8 GRAVE ELIMINAR RIESGOS QUE PUEDE


PROCESO

17 CHOQUES-

VOLCAMIENTOS

(ACCIDENTES DE

TRÁNSITO)

SI BF-P-O 25 SERIO ELIMINAR RIESGOS QUE PUEDE


PROCESO

18 DERRAMES DE

LÍQUIDOS/ SÓLIDOS

INTERNOS EN PLANTA

SI BF-P-O 15 SERIO ELIMINAR RIESGOS QUE PUEDE


PROCESO

19 EXPLOSIÓN POR

PRESENCIA DE

VAPORES, POLVO O

SOBREPRESIÓN EN

RECIPIENTES, REDES

SI P-C-FB-

O

12 GRAVE ELIMINAR RIESGOS QUE PUEDE


PROCESO


176

20 FALTA DE

DESTREZA/HABILIDADES

POR PARTE DEL

OPERADOR

SI P-BF 4 GRAVE MINIMIZAR LOS EFECTOS DE LOS


21 FALTA DE ESPACIO

PARA OPERAR

SI O-P 15 GRAVE ELIMINAR RIESGOS QUE PUEDE


PROCESO

22 FALTA DE

HERRAMIENTAS-

DISPOSITIVOS PARA

INTERVENIR LOS

EQUIPOS O SISTEMAS

SI O-P 25 SERIO ELIMINAR RIESGOS QUE PUEDE


PROCESO

23 FALLA EN UN

COMPONENTE DE UN

SISTEMA O EQUIPO

SI O-BF-P 18 GRAVE ELIMINAR RIESGOS QUE PUEDE


PROCESO

24 FUGAS POR UNIONES Y

EMPAQUE DUROS

SI O 12 GRAVE ESTABLECER PLANES DE EMERGENCIA

Y DE CONTINGENCIA

25 GOLPEAR CONTRA UN

OBJETO FIJO O EN

MOVIMIENTO

SI O-BF 25 GRAVE ELIMINAR RIESGOS QUE PUEDE


PROCESO

26 INCENDIO SI O-BF-P 20 GRAVE ESTABLECER PLANES DE EMERGENCIA

Y DE CONTINGENCIA

27 INESTABILIDAD DE

EQUIPOS, ESTRUCTURAS,

ALMACENAMIENTOS

SI O-BF-P 10 GRAVE APLICAR MEDIDAS DE CONTROL DE

RIESGOS

28 TEMPERATURAS FUERA

DE LOS ESTÁNDARES EN

SISTEMAS, EQUIPOS O

INSTALACIONES

SI O 6 GRAVE APLICAR MEDIDAS DE CONTROL DE

RIESGOS


177

29 MANEJO DE RESIDUOS

SÓLIDOS

SI P-C-MA 3 SERIO ELIMINAR RIESGOS QUE PUEDE


PROCESO

30 CONTAMINACIÓN DE

AIRE POR GASES-

VAPORES-HUMOS-

AEROSOLES

SI MA-P 3 SERIO ESTABLECER PLANES DE EMERGENCIA

Y DE CONTINGENCIA

31 RUIDO QUE AFECTE A

LA COMUNIDAD

SI C 5 LEVE ESTABLECER PLANES DE EMERGENCIA

Y DE CONTINGENCIA


178

32 ACTOS DE SABOTAJE SI O-BF 3 LEVE APLICAR MEDIDAS DE CONTROL DE

RIESGOS

33 INTROMISIÓN DE

PERSONAS AJENAS AL

PROCESO

SI O-BF 3 LEVE APLICAR MEDIDAS DE CONTROL DE

RIESGOS

34 ROBO DE VALORES SI O 3 LEVE APLICAR MEDIDAS DE CONTROL DE

RIESGOS

35 VANDALISMO SI O-BF 3 LEVE


179

Planillas de observaciones

Nodo 1 Distrac

ción

Choque del carrito

transportador

Ruptura de válvula de alivio Poner señalamientos Protección a válvulas,

caminos específicos

Protección de válvulas

Nodo 2 Distrac

ción o

derram

e

Caída o resbalo Fractura, lesiones o pérdida de

conocimiento

Poner señales y evitar

derrames

Utilización de equipos

(botas) adecuadas.

Utilización de equipo y revisión

continua

Nodo 3 Incendios Quemaduras e incluso la muerte Utilización de equipos de

seguridad (ropa contra

incendios), extintores


180

CAPITULO 9

9.1. Resultados experimentales

A continuación se presentan los principales resultados experimentales necesarios para

la realización del escalamiento de la planta industrial para producir microcápsulas

magnéticas conteniendo insulina.

Obtención y caracterización de MN

De acuerdo con el procedimiento descrito en la sección 7.2, se obtuvo un polvo de

color negro, el cual presentó a simple vista propiedades magnéticas cuando se

encontraba en presencia de un magneto simple (Figura 9.1)

Figura 9.1. Síntesis de la magnetita y prueba preliminar de las propiedades magnéticas.

Al someter la MN al campo inducido por el VSM, se obtuvo que las muestras

sintetizadas presentaban 60 ± 5 unidades de electromagnetismo (emu)/g sólidos secos. Lo

cual indica, de acuerdo con los reportes de aplicaciones biomédicas de este tipo de


181

compuestos magnéticos, que se requiere que la concentración máxima de MN en las

microcápsulas sea de 0.1 mg/mL de solución de Q para obtener una concentración

final de entre 5 y 7 emu/g [19]. Por otra parte, el tamaño de las partículas magnéticas

fue de 120 ± 5 nm.

Viscosidad de las soluciones biopoliméricas

Se encontró que ambas soluciones biopoliméricas (AS-CS y Q) presentaron un flujo no

newtonianos dependiente de la tasa de corte aplicada. Ambos biopolímeros mostraron un

comportamiento reoadelgazante en función de la cizalla como puede notarse en la Figura

9.2 .

1E-3 0.01 0.1 1 10

0.1

1

10

ap

(P

a s

)

Tasa de corte (s-1)

(a)


182

1E-3 0.01 0.1 1 10

0.01

0.1

1

10

ap

(P

a s

)

Tasa de corte (s-1)

Figura 9.2. Curvas de viscosidad aparente (hap) de: (a) AS-CS a una

concentración de 2% (p/p) y (b) Q al 2% (p/p).

Debido a que ambos biopolímeros presentaron comportamientos reoadelgazantes

conforme el incremento de la velocidad de cizalla o tasa de corte ( ), los perfiles de flujo

se ajustaron al modelo ley de potencias (Ec. 2) obteniendo los siguientes parámetros de

flujo n y k, siendo 0.707 y 0.04 para AS-CS y 0.88 y 0.014 para Q, respectivamente. Los

coeficientes de correlación (R2) para los ajustes fueron superiores a 0.989. La

determinación de estos parámetros permitirá diseñar las condiciones de flujo de estas

soluciones a través de tuberías, así como la potencia requerida de una bomba para el

transporte de las mismas.

(b)


183

Potencial zeta de las soluciones biopoliméricas

La Figura 14 muestra los perfiles de potencial zeta en función del pH de las soluciones.

Los resultados obtenidos muestran que la solución de AS-CS posee una carga

predominantemente negativa en el intervalo de pH probado, sin embargo para el caso del

quitosano se puede observar que éste posee una carga predominantemente positiva a

valores de pH bajos, perdiendo su capacidad de ionización alrededor de un pH de 5.5 y

formando precipitados por arriba de este valor.

Figura 9.3. Perfiles de potencial zeta en función del pH

para las soluciones biopoliméricas.

A partir de los perfiles mostrados anteriormente se puede observar que a un pH

aproximadamente de 4.5 se obtiene un valor absoluto de carga casi estequiométrico, en

este valor de pH (pHest), la suma de las cargas opuestas de ambos biopolímeros llevará a la

neutralización de los grupos iónicos responsables de dichas cargas conduciendo a una

máxima interacción y a la formación de una red estructural más compacta. Cabe mencionar

2 3 4 5 6

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

Quitosano

Alginato

Po

ten

cia

l Z

eta

(m

V)

pH


184

que si se colocará la mezcla de AS-CS-Q al pHest, se obtendría la máxima interacción de

grupos, sin embargo las microcápsulas formadas no serían capaces de reticularse en

presencia del CaCl2, debido a la falta de grupos ionizables disponibles, produciendo

microcápsulas “suaves”. Debido a ello, el pH al cual se trabajará debe ser aquel en el cual

el AS-CS se encuentre en mayor proporción de grupos ionizables respecto a los de Q y

donde este último no presente problemas de solubilidad, por lo que se decidió trabajar a un

pH de 5.

Punto de equivalencia de AS-CS y Q.

La Figura 15 muestra los perfiles de titulación obtenidos para AS-CS y Q. Esta prueba

indica la cantidad de grupos ionizables equivalentes a NaOH en cada uno de los

biopolímeros, encontrando que para AS-CS hay 3.89 ± 0.30 meq NaOH/g mientras que para

Q hay 33.45 ± 0.54 meq NaOH/g respectivamente.

.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

4

5

6

7

8

9

10

11

2% alginato

Derivada

meQ NaOH/ 2 g de alginato

pH

0

1

2

3

4

5

6

p

H/

V

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

2% Quitosano

Derivada

meQ NaOH/ 2 gramos de quitosano

pH

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

pH

/V

Figura 9.4. Perfiles de titulación con NaOH 0.1N para AS-CS.

a) b)

)


185

Para corroborar esta información se prepararon diferentes mezclas AS-CS:Q en

diferentes relaciones másicas R[AS-CS:Q] como se observa en la Tabla 1. Debido a que se

desea que las interacciones mantengan un exceso en cargas negativas (potencial zeta

negativo) que promuevan la reticulación de los complejos solubles (mayor absorbancia)

con los iones Ca2+

, es conveniente el usar relaciones AS-CS:Q más altas.

Tabla 9.1 Determinación de la relación óptima AS-CS: Q para la formación de microcápsulas.

R[AS-CS:Q] Absorbancia -potential (V)

[1:1] 0.32 ± 0.04a +34.2 ± 2.5

a

[3:1] 0.07 ± 0.04a +15.6 ± 1.5

b

[5:1] 0.03 ± 0.02a -10.7 ± 0.8

c

[7:1] 2.52 ± 0.36b -17.2 ± 1.1

d

[9:1] 3.35 ± 0.23c -19.4 ± 0.6

d

Letras diferentes en la misma columna indican diferencia significativa a un valor de

p<0.05.

Obtención de las microcápsulas magnéticas

Se obtuvieron diferentes microcápsulas conteniendo IN en el centro y MN en el interior

del material de recubrimiento con las diferentes relaciones R[AS-CS:Q]. De acuerdo con la

Figura 8, sólo las microcápsulas que se encontraron en una relación [9:1] fueron las que

presentaron las mejores propiedades físicas para su manejo, ya que eran lo suficientemente

fuertes para resistir el trasvase y lavado sin afectar su tamaño, morfología ni consistencia.


186

Las relaciones donde la concentración de AS-CS fue más bajo, presentaron estructuras más

débiles y poco manejables.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 9.5. Imágenes de microcápsulas de AS-CS-Q obtenidas al utilizar diferentes

relaciones másicas R [AS-CS: Q]: a) [1:1], b) [3:1], c) [5:1], d) [7:1] y e) [9:1].


187

Caracterización de las microcápsulas magnéticas

La Figura 9.5 muestra las micrografías obtenidas para las microcápsulas con R[AS-CS:Q]

de 9:1 vistas a través de un microscopio con un objetivo 10X. Se puede observar que las

microcápsulas poseen un alto grado de esfericidad; sin embargo al realizar el análisis del

tamaño por análisis de imágenes se encontró que la mejor manera de determinar el

diámetro real de las microcápsulas fue mediante el ajuste con elipses, por lo el diámetro

promedio calculado fue realizando la corrección del diámetro promedio de un círculo entre

el ancho y el alto de la elipse obtenida. En la Figura 9.6 se puede apreciar mediante un

círculo de color amarillo la forma en la que se consideró cada perla para la determinación

del tamaño. Cabe mencionar que dado que estas microcápsulas se obtuvieron mediante el

paso de la mezcla de IN, MN y biopolímeros a través de un aspersor, el tamaño promedio

de las microcápsulas presentó una distribución monomodal (un único tamaño) con una

media de 2.5 ± 0.2 mm.

Figura 9.6. Micrografía de las microcápsulas conteniendo IN

utilizando AS-CS-Q como material de recubrimiento en una relación

R[9:1] después de haber sido asperjadas en una solución de CaCl2

3M.


188

Rendimiento de encapsulación de IN y estabilidad de las microcápsulas

Una vez que se obtuvieron microcápsulas con la rigidez necesaria para resistir procesos

de manipulación y/o transporte, se cuantificó la cantidad de IN entrampada en el interior de

las microcápsulas. Se encontró que la concentración real de IN encapsulada corresponde al

95% del contenido inicial de IN agregado a la solución de Q, lo cual indica que las

pérdidas durante el proceso de fabricación representan el 5% de material bioactivo, sin

embargo se considera que este porcentaje no afecta para la presentación final de los

microencapsulados de IN.

Por otra parte, las microcápsulas se sometieron a pruebas de almacenamiento con la

finalidad de verificar la ausencia de lixiviación del fármaco encapsulado y establecer la

estabilidad y tiempo de vida de anaquel del producto. Al cabo de 20 días no se presentó

diferencia significativa (p<0.05) respecto al contenido de IN en las microcápsulas frescas,

indicando buena estabilidad en dichos sistemas.

Liberación de IN de las microcápsulas magnéticas.

En la Figura 9.7 se muestran los perfiles de elución de IN bajo diferentes condiciones de

estrés (pH y/o inducción de campos magnéticos) a una concentración igual para cada caso.


189

Figura 9.7. Perfiles cromatográficos de IN:a) sin encapsular, b)

encapsulada pero sometida a pH ácido, y c) encapsulada y con

inducción de campo magnético.

De acuerdo con los resultados obtenidos, se puede observar que cuando la IN se

encapsula dentro de una matriz biopolimérica compuesta de AS-CS-Q en una relación

másica R [9:1], el material de recubrimiento formado es suficientemente resistente a

condiciones de acidez, siendo que el contenido de IN liberado al medio continuo de la

solución ácida representó un 25% del área correspondiente al pico de elución de la IN que

no fue encapsulada (Figura 10a), lo anterior indica que cuando las microcápsulas pasen a

nivel de estómago, el estrés que sufren debido a pHs bajos no implique una pérdida

significativa de la dosis requerida de IN, dando pie a controlar la liberación por medio de

agentes externos como los campos magnéticos inducidos.

Así, cuando las microcápsulas fueron sometidas a la inducción de un campo magnético

(0.15 T), se encontró que el contenido de IN liberada debido a la presencia de campos

magnéticos representa el 75-80% del área del pico de la IN sin encapsular.

(a) (b) (c)


190

CAPITULO 10

10.1. Conclusiones

De acuerdo con el análisis económico, es posible llevar a cabo la implementación de una

planta industrial para producir microcápsulas conteniendo insulina. Que al cabo de 10

años se va a recuperar la inversión inicial. Que estas microcápsulas son capaces de liberar

de manera controlada la insulina mediante la aplicación de estímulos externos, y que

promete mejorar la calidad de vida de los pacientes de diabetes tipo I.


191

10.2. Referencias

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Documents

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