Producción de Ácido aspártico y Fenilalanina - Zucchi, Gabriel Pablo.docx

8/16/2019 Producción de Ácido aspártico y Fenilalanina - Zucchi, Gabriel Pablo.docx

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EVALUACIÓN TÉCNICOECONÓMICA DE UNA PLANTA DEPRODUCCIÓN DE FENILALANINA

Y ÁCIDO L-ASPÁRTICO


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Zucchi Gabriel Pablo


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Contenido"#$%&$'I() *+')I', "',)(-I'$ ." &)$ P%$)*$ ." P/,.&''I() ."F")I%$%$)I)$ 'I., %$3P/*I',4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444441

3obre los Productos4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444445

Productos de mercado y su precio4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444

.escripción del proceso444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444447

In8ormación del Proceso de Producción de $mino9cidos44444444444444444444444444444444444446Proceso del cido %$sp9rtico44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 :

24 Proceso de Fenilalanina44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444:

";uipos444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444410

Filtración de


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"gresos444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444450

-ateria Prima444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444450

3ueldos444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444451


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Sobre lo Prod!"to%a 8enilalanina y el 9cido %$sp9rtico son amino9cidos4 'uando se unenA el@ster metil dipeptdico correspondiente es el aspartameA conocido con lasmarcas de )utra3Beet o ";ual4 %a producción de ambos amino9cidos puedeser lograda mediante la 8ermentación de bacterias gen@ticamente modiCcadas43e ;uiere satis8acer al menos el 2A7D de la demanda mundial de de #"ido L-$%#rti"o & L-Fenil$l$nin$ re%e"ti'$(ente4

$ continuación se muestran las demandas mundiales de los productosA ycuanto producir9 la planta para satis8acer el re;uerimiento4

cido %asp9rtico %Fenilalanina.emanda mundial EgaHo 14J0?10K 5406?10J

'antidad Producida en procesoEgaHo

456?106 K411?106

"l 9cido %asp9rtico es un amino9cido no esencial empleado como material departida para una amplia variedad de aditivos para la industria 8armac@utica yalimenticia por lo ;ue varios procesos ;umicos y en=im9ticos han sidodescritos para su preparación EGiselbrecht et alA 20014

.entro de sus aplicaciones se destacan la producción del edulcoranteaspartame E%aspartil%8enilalanina metil @ster4 "s Ltil en la industria comomaterial inicial o intermediario para la 8ormación de sur8actantesA secuestrantede iones met9licosA detergentesA cosm@ticosA sntesis de p@ptidosA productos8armac@uticos y coberturas y para la 8ormación del polmero biodegradable de


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"l m@todo para obtener 9cido %asp9rtico m9s conocido es cuando el 9cido esobtenido de acuerdo a un proceso en=im9tico empleando 9cido 8um9rico como

material original en presencia de amonio y con la acción de la en=imaaspartasa o un microorganismo productor de aspartasa4


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Prod!"to de (er"$do & ! %re"io• %os endul=antes artiCciales diet@ticos utili=an como base el aspartameA

;ue se obtiene a partir de una combinación entre el 9cido asp9rtico y la8enilalanina4 $lgunas de las marcas de endul=antes diet@ticos m9sconocidas sonO

o )utrasBeeto ";ual

• GaseosasA oguresA ugos y muchos otros alimentos dulces contienenaspartame4

• "n "spaHaA el 9cido asp9rtico se vende como 'omplemento dietario4

FuenteO BBB4dieteticagirasol4es


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De"ri%"i)n del %ro"eoPara lograr un proceso de 8ermentaciónA las bacterias deben crecer enpresencia de nutrientes apropiados ;ue 8acilitan la producción del productodeseado4 "n el conte?to de procesosA el reactor de 8ermentación debe primeroser cebado con las bacterias y los nutrientes4 %a alimentación de nutrientesincluye reactivos ;ue las bacterias metaboli=an para producir el amino9cidodeseado4 *ambi@n es burbu>eado aire dentro del 8ermentador como una 8uentede o?geno4 *odas estas alimentaciones son pasadas por Cltros esterili=adorespreviamente a la entrada al reactor4 "n ese momento se les permite a lasbacterias multiplicarseA y el producto deseadoA un amino9cido en @ste casoA esproducido4 .espu@s de ;ue se llega al nivel de producción deseadoA el pN delcaldo de 8ermentación se ba>a mediante al adición de 9cido sul8LricoA lasbacterias son removidas del caldo de 8ermentación por CltraciónA y el Qu>o deproducto es enviado a un tan;ue de almacenamiento4 %a adición del 9cidovalora el amino9cidoA carg9ndolo positivamente4 %a adición de 9cido se hace

Lnicamente para 8enilalaninaA por;ue el 9cido %asp9rtico salta la columna deintercambio iónico y es cristali=ado directamente por medio de precipitacióndesde la solución4

"n @ste procesoA ambos amino 9cidos son producidos en la misma instalación4'omo est9 involucrada la 8ermentación y los niveles de producción son ba>oscomparados con los tpicos commodities ;umicosA los procesos batch soninvolucrados4 "n los proceso batchA la variable calve es el tiempo de reacciónA ola cantidad de tiempo ;ue a la unidad se le permite accionar4 Por e>emploA enun reactor batchA el tiempo de reacción es an9logo el tiempo espacial en unreactor continuo4


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In*or($"i)n del Pro"eo de Prod!""i)n de A(ino#"ido

Á"ido L-$%#rti"o

L-Fenil$l$nin$

De($nd$ (!ndi$l +,.$/o0 14J0?10K 5406?10J

C$ntid$d Prod!"id$ en %ro"eo+,.$/o0

456?106 K411?106

Tie(%o 1$t"23 +2.b$t"20 5 K:Con"entr$"i)n del %rod!"to+,.(40

1064 214K

Vol!(en tot$l $l $/o +(4.$/o0 410?10 J?107

N5(ero de b$t"2e re6!erido%or re$"tor

25 10

RIncluye tiempo de limpie=a de una horaA llenado y vaciado de tan;ue de treshoras y tiempos de traba>o nocturno4

3e puede notar ;ue en J000 horas de traba>o ;ue tiene un aHoA no es posibleproducir la cantidad deseada con un solo reactorA por lo ;ue se utili=an 1:reactores4 "l siguiente QoBsheet muestra el diagrama para la instalación deproducción ;ue sirve para producir ambos amino9cidos4 "n el mismo semuestra sólo 1 de los 1: reactoresA los restantes siguen el mismo es;uema conalgunas e?cepciones4


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Gabriel Pablo Zucchi – Formulación y evaluación de proyectos – Ingeniera !umica – 2016 10


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"l siguiente es un diagrama simpliCcado del anteriorO



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Pro"eo del Á"ido L-A%#rti"oÁ"ido L-A%#rti"o

%a reacción de 9cido 8um9rico para 8ormar9cido %asp9rtico es una conversión en=im9tica llevada a cabo usando laactividad aspartasa de c@lulas de la bacteria Escherichia coli (E. coli) llev9ndose a cabo la siguiente reacciónO

C 4 H

4O

4+ NH

3aspartasa

↔

C 4 H

7 NO

4

%as c@lulas de bacteria son suspendidas en un gel de poliacrilamida matri=A ylas especies reactantes deben di8undir desde y hacia la matri=4 %asdi8usividades del sustrato E9cido 8um9rico y el producto E9cido %asp9rtico engel decrecen a medida ;ue sus concentraciones se incremente debido altendencia del gel a reducirse con ba>o pN4

"l modelo cin@tico para @sta reacción sigue una 8orma de -ichaelis-enten deuna reacción reversible4


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E6!i%o

Filtr$"i)n de 1$"teri$.espu@s de la reacciónA las bacterias tienden a dar lugar a tortas de CltraciónviscosasA y la Cltración de @se tipo de material se logra usando un Cltro detambor rotatorio usando un recubrimiento4 %os materiales de recubrimientom9s comunes son la dolomitaA perlita y celulosaA y @stos son aplucados altambor en un proceso de dos etapas anterior a la Cltración4 "l proceso deprecapado involucra depositar una capa de material de precapado E717 cm de

espesor sobre el tambor previo al comie=o de la Cltración4 &na ve= ;ue laprecapa ha sido apliocadaA la Cltración comien=aA y la biomasa 8orma unapr;ueHa pelcula sobre la precapa4 "sta pelcula de biomasa se remuevecontinuamenteA as como una pelcula Cna de material de precapaA usando unacuchilla Closa4 3in hacer c9lculos detalladosA es di8cil determianr el tiempore;uerido para las etapas de precapado y Cltración4 Para @ste proyectoasumimos ;ue esos pasos toman 27h y 7 hA respectivamente4

Al($"en$(iento Inter(edio"% caldo de 8ermentación Elibre de sólidosA o biomasa ;ue de>a los Cltros esalmacenado en un tan;ue de almacenamiento intermedio anteriormente a serenviado a la columna de intercambio iónico Epara %8enilalanina y alcristali=ador4 "l uso de un recipiente de almacenamiento intermedio permite laoperación continua del resto del proceso4

Col!(n$ de Inter"$(bio I)ni"o%as columnas de intercambio iónico operan en procesos semibatch4 3e agrega9cido clorhdrico a la solución ;ue contiene %8enilalanina y se pasa a trav@s deuna resina de intercambio iónico recientemente regenerada como la .,T"S


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lavarA secar y empacar4 "l l;uido saturado se recircula al cristali=ador paraobtener una mayor recuperación de productoA incrementando la eCciencia de la

operación4 $mbos amino9cidos pueden ser cristali=ados a temperaturasmayores a 100U'4 Por lo tantoA la cristali=ación puede hacerse a presiónambiente mediante la remoción del e?ceso de agua a trav@s de laevaporación4 %as solubilidades del 9cido %asp9rtico y la 8enilalanina a 100U'son 6K glitro y 100 glitro respectivamente4


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1$l$n"e de M$$ 3e reali=aron los balances de materia dando como resultados los valorespresentados en la *abla 1 para %9cido asp9rticoA y en la *abla 2 paraFenilalanina4

Tabla 1 – Balances de Materia para la producción de L-Ácido Aspártico

Fl!:o ; 7 4 < =

Te(%er$t!r$ +>C0 50 50 50 50 50

Prei)n +b$r0 1 1 1 1 1

Fr$"""i)n (ol$r de'$%or 0 0 0 0 0

Fl!:o +,.b$t"20 70 70 1K74000 1K74000 74707

Fl!:o +(4.b$t"20 0A07 0A07 1KA:7 1KA:7

Fl!:o de Co(%onente+,.b$t"20


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Te(%er$t!r$ +>C0 50 50 50 50 50

Prei)n +b$r0 1 1 1 1 1

Fr$"""i)n (ol$r de'$%or 0 0 0 0 0

Fl!:o +,.b$t"20 74707 04000 04000

Fl!:o +(4.b$t"20


N!triente

1io($$

A!$

Á"ido L-$%#rti"o


17/46

Fl!:o +(4.b$t"20 1K7 1K7


N!triente 15J4JJ0 0 15J4JJ0

1io($$ 1K4700 1K4700 0

A!$ 0 0 0

Á"ido L-$%#rti"o 1J4620 0 1J4620

Fl!:o ;? ;@ ; ;B 7

Te(%er$t!r$ +>C0 50 K0 50 K0 K0

Prei)n +b$r0 1 1 1 1 1


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1io($$ 0 0 0 0 0

A!$ de El!"i)n 0 1K74000 0 6:4000 2K54220

Á"ido L-$%#rti"o 1J4620 0 0 54J00 5K420

Fl!:o 7; 77 74 7< 7=

Te(%er$t!r$ +>C0 100 100 100 100 100

Prei)n +b$r0 1 1 1 1 2

Fr$"""i)n (ol$r de'$%or 1 1 0 0 0

Fl!:o +,.b$t"20 K04600 K04600 26400 26400 26400

Fl!:o +(4.b$t"20


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Fl!:o 7? 7@ 7

Te(%er$t!r$ +>C0 100 100 100

Prei)n +,P$0 1 1 1

Fr$"""i)n (ol$r de'$%or 0 0 0

Fl!:o +,.b$t"20 11460 24J00 1164J0

Fl!:o +(4.b$t"20


N!triente 0 0 0

1io($$ 0 0 0

A!$ de El!"i)n 10400 641J0 :J4220


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Prei)n +b$r0 1 1 1 1 1

Fr$"""i)n (ol$r de'$%or 0 0 0 0 0

Fl!:o +,.b$t"20 70 70 1K7000 1K7000770AK61

:

Fl!:o +(4.b$t"20 0A07 0A07 1KA:7 1KA:7


N!triente 7 7 1K7000 1K7000

1io($$ 7 7 0 0

A!$ de El!"i)n 0 0 0 0

L-Fenil$l$nin$ +,.b$t"20 0 0 0 0


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Fl!:o +(4.b$t"20


N!triente

1io($$

A!$ de El!"i)n

L-Fenil$l$nin$ +,.b$t"20

Fl!:o ;; ;7 ;4 ;< ;=

Te(%er$t!r$ +>C0 50 50 50 50 50

Prei)n +b$r0 1 1 1 1 1


22/46

A!$ de El!"i)n 0 0 0

L-Fenil$l$nin$ +,.b$t"20 5K:J 0 5K:J

Fl!:o ;? ;@ ; ;B 7

Te(%er$t!r$ +>C0 50 K0 50 K0 K0

Prei)n +b$r0 1 1 1 1 1


23/46

1io($$ 0 0 0 0 0

A!$ de El!"i)n 0 6:000 0 6:000

L-Fenil$l$nin$ +,.b$t"20 5K:J 0 0 5J00

Fl!:o 7; 77 74 7< 7=

Te(%er$t!r$ +>C0 100 27 100 100 100

Prei)n +b$r0 1 1 1 1 2

Fr$"""i)n (ol$r de'$%or 1 0 0 0 0

Fl!:o +,.b$t"20 6KK00 6KK00 J6600 J6600 J6600

Fl!:o +(4.b$t"20


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Fl!:o 7? 7@ 7

Te(%er$t!r$ +>C0 100 100 100

Prei)n +,P$0 1 1 1

Fr$"""i)n (ol$r de'$%or 0 0 0

Fl!:o +,.b$t"20 K100 :500 5KJ00

Fl!:o +(4.b$t"20


N!triente 0 0 0

1io($$ 0 0 0

A!$ de El!"i)n 5:500 700 55:00


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C#l"!lo de In'eri)n & Coto

I8 C#l"!lo del C$%it$l Fi:o"l capital C>o est9 compuesto porO

Coto Dire"to• 'ostos de e;uipos F,o necesario para instalar los e;uipos y materiales4

Coto Indire"to

• FletesA seguros y tasas4• 3egurosA vacacionesA etc4A de los traba>adores4• Gastos de Ingeniera4

$to de Continen"i$ & del Contr$tit$• Gastos de contingencia4• Nonorarios del 'ontratista4

Contr!""ione A!ili$re• 'ompra del terreno e instalación de los servicios4• 'onstrucción de los ediCcios au?iliares4• 3ervicios au?iliares4

Para calcular el capital C>oA es necesario reali=ar una estimación del costo de

todos los e;uipos a utili=ar4 Para esto se recurre al sitio BBB4matche4comA en elcual se puede ingresar las caractersticas de los e;uipos para obtener el preciode los mismos4

http://www.matche.com/http://www.matche.com/


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or galones /71:

Ino?idable 27 psi 00 J


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Filtros

No(bre

Ti%o

Fl!:o $ltr$r

Ti%o deG!ido

C)dio

Are$+*t7

0

M$teri$l

Coto

FO1

C$ntid$d

CM17;<

CM17;?

Filtro

'artucho

7 $ireF

7051070

$ceroIno?ida

ble

KJ4500

1KJ450

01124K

72

*ubo 1)utrient

esF

7010

$ceroIno?ida

ble

1:14100

11:141

002K741

J

*ubo 5Inoculac

iónF

70210

$ceroIno?ida

ble

1504000

115040

001JK42

00

'artucho 11 Gases

F70

1070

$cero

Ino?idable

KJ4500 1

KJ4500

1124K72


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re dele6!i%

oen o $l

delt$n6!

eFO1 $d 7;< 7;?

*an;ue

$lmacenamiento

intemedio

200m5

#701

#

706

$ceroIno?ida

ble

5000g

E:K::lb

2754000

61471J40

00241J74:

20

olumna de intercambio iónico

No(bredele6!i%o

Ti%o Vol!(en C)dio M$teri$l CotoFO1

C$ntid$d

CM17;?

'olumnaEcascasa

Intercambioiónico

0A1 m5 *701$cero

Ino?idable204000 1

204000

,bsO "ste precio 8ue obtenido desde un sitio e?terno a -atchesA por lo cual esactual4 $dem9sA el costo de la resina de intercambio iónico se calcula como uni l t


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A VsplitcaseV4

ristali!adores

No(bredel

e6!i%oTi%o

Vol!(en

C)dio

M$teri$l

Prei)n

CotoFO1

C$ntid$d

CM17;<

CM17;?

'ristali=ador


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&n resumen de los costos de los e;uipos se presenta en la siguiente tablaO

E6!i%o C$ntid$d Pre"io

/eactor 1: 24:24KJ

Filtro

1 1124K72

1 2K741J

1 1JK4200

1 1124K72

1 7:74JK2

1 7004112

*an;ue 6 241J74:20


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Coto FO1e6!i%o ==

;=8@;8


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D$to $di"ion$le %$r$ el $r($do de l$ t$bl$ del 1ID

Ener$Para determinar el consumo de energa y as poder obtener las tari8as anualesAnecesitamos los datos de horas de consumo y potencia de los e;uipos4

'adaproceso

"nerga/e;uerida

&nidades

Tanuales


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PrKt$(o del 1ID3upondremos ;ue se solicita un pr@stamo por el monto de las ma;uinarias ;ue

asciende a &3W 114K64:A el precio de las ma;uinariasA con una tasa deinter@s del :D4

• Frecuencia de amorti=aciónO */I-"3*/$%• Pla=o para la amorti=aciónO 56 meses – : aHos• Perodo de graciaO trimestres – 1 aHo• 'antidad de trimestres a abonarO 52 trimestres – J aHos

M$nteni(iento'omo no se tienen datos e?actos de los gastos de mantenimiento de e;uiposAse hace un c9lculo apro?imado tomando como par9metro el valor de lose;uiposO

Gasto de mantenimiento X 5D costo de los e;uipos X &W3547240J5 anuales4

I(%!eto

Impuestos&n c9lculo apro?imado de los impuestos a pagar se hace sobre la base delcapital del terreno y las obras civilesO

Gasto de Impuestos X 7D E,bra civil Y terrenos X &W3 240774K17 anuales4

"e#uros

.e una coti=ación reali=ada por la empresa -$PF/" 34$4 para una instalaciónindustrial de 2700 m2 a estrenarA con menos de 170 empleadosA nivel de riesgomedioA se valuó en &W375742J anuales4


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RESULTADOS DE LA EVALUACION ECONOMICA DELPROCESO DE PRODUCCIÓN DE ACIDO ASPARTICO YFENILALANINA

3e utili=aron los criterios económicos del #alor $ctual )eto E#$) para una ta=ade actuali=ación de :DA la *asa Interna de /etorno E*I/4 %a *I/ es la tasa ;uehace ;ue el valor actual neto E#$) sea igual a cero4 "n otras palabrasA la *I/es la tasa ;ue obtienen los recursos o el dinero ;ue permanece atado alproyecto4 "s la tasa de inter@s a la cual el inversionista presta su dinero y escaracterstica del proyectoA independientemente de ;uien evalLe4 'uando la

*I/ es mayor ;ue la tasa de inter@s promedio del mercadoA el rendimiento ;ueobtendra el inversionista es mayor ;ue el ;ue obtendra en la me>or inversiónalternativaA por lo tantoA conviene realizar la inversión4 'uando la *I/ es menor;ue la tasa de inter@s de oportunidadA el proyecto debe recha=arse4 .e igual

maneraA si es igual a la tasa de inter@sA el inversionista permanecer9indi8erente a reali=ar o no la inversión4

3abiendo ;ue el c9lculo de la tasa interna de retorno se hace mediante lasiguiente ecuaciónO

"l valor actual neto E#$) se interpreta como la ganancia neta entre losingresos y los gastos anuales durante la vida Ltil del proyectoA reQe>ados en suvalor presente a la tasa de inter@s de oportunidad4 %a interpretación de los


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IO es el valor de la inversión inicial

FiO es el valor de los NET CASH !"# en cada uno de los aHosA ;ue van desde

cero hasta t

%os valores obtenidos para el an9lisis de este proyecto en particular e?presanrentabilidad económica para el proceso de producción de 9cido asp9rtico y8enilalanina4


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An#lii E"on)(i"o Det$ll$do



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Gabriel Pablo Zucchi – Formulación y evaluación de proyectos – Ingeniera !umica – 2016 5K


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Gabriel Pablo Zucchi – Formulación y evaluación de proyectos – Ingeniera !umica – 2016 5J


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42/46



43/46


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Ereo

M$teri$ Pri($

No(bre Ti%oC$ntid$dne"e$ri$

Unid$d

Fre"!en"i$

Pre"io!nit$rio

Unid$d

Pre"io $n!$l

/esina.oBe?

-arathon'

1 m5 anual 16A: W8t5 742K

$monaco

%;uido :46:045:7 g anual 0A6 Wg 74J1425K

cidoFum9rico %;uido 4J:K462K g anual 1070 Wtn 7412470J

$guaelución

%;uido 245:7 m5 anual 0A17: Wm5 64K77

Glucosa %;uido 242K14KJK g anual 0A7J Wg 1450642KK

V$lor Tot$lIn!(o

;787@=8=7

Gabriel Pablo Zucchi – Formulación y evaluación de proyectos – Ingeniera !umica – 2016


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S!eldoPara conocer el monto relacionado con los sueldos de los traba>adores de plantaA es necesario saber cu9ntostraba>adores se necesitar9n4

'omo la planta traba>ar9 2 horas al daA se necesitar9n 5 turnos de traba>adores4

'ada turno traba>ar9 J horas4

%a cantidad de horas e8ectivas ;ue se necesitan por da se calcula de @sta maneraO

1$t"2$n!$le

or$b$t"2

Re$"tore

or$e*e"ti'

$$n!$le

Di$tr$b$:$do

or$e*e"ti'

$di$r$

or$tr$b$:$do

r

Tr$b$:$dore

Fenil$l$nin$

10K K7 1K 1564000 500 75A5 J 7KÁ"ido A%#rti"o

156 7: 2 164000 500 75A5 J K

C$ntid$d de tr$b$:$dorede Pro"eo

?<

3e calcula ;ue cada traba>ador cobre un salario de 5A7 &3W por hora43e calcula ;ueA por cada traba>ador de procesoA se necesita medio traba>ador administrativo4 Por lo ;ue la cantidadde traba>adores admnistrativos es de 524

C$ntid$d de tr$b$:$doreAd(initr$ti'o

?<



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"l sueldo de los traba>adores administrativos es de A2 &3W por hora4

'uando se haga el c9lculo de los sueldos a pagarA es necesario tener en las cargas socialesA las cuales agregan un67D m9s a los ;ue debe desembolsar la empresa para los traba>adores4

"n resumenO

Ti%o de tr$b$:$dorC$ntid$

dS!eldo.2o

r$S!eldo

Men!$lS!eldoAn!$l

$to Tot$ltr$b$:$dore

Proceso6 5A70 760

64K20

5040J0

$dministrativo

52 A20 6K2J

4062

7J40J

$toTot$l

S!eldo?8;7


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