DISE

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TITULO

• DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL
  Y MONITOREO DE MANEJO DE LOTES PARA LOS PROCESOS
  DE ALMACENAJE, TRANSPORTE Y DESPACHO DE
  MATERIAS PRIMAS EN LOS PREDIOS DE UNA PLANTA DE
  ELABORACIÓN DE CERVEZA

2
OBJETIVOS

• Garantizar un proceso seguro y eficaz mediante
  un sistema de control óptimo

• Garantizar la correcta limpieza y calidad física
  del grano durante su recepción, transporte y
  almacenaje, evitando perdidas, mediante la
  implementación de nuevos equipos de monitoreo y
  control

• Asegurar la correcta dosificación de materias
  primas y manejo de inventarios a través de la
  implementación de un sistema de manejo de lotes.

• Ajustarse a las nuevas necesidades de crecimiento
  a través del uso de una plataforma de control
  moderna.

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CONTENIDO
CAPITULO I
DESCRIPCIÓN DE PROCESOS
CAPITULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
PROGRAMACIÓN
CAPITULO III
COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA
INVERSION
CAPITULO IV
CALIBRACIÓN Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO
CAPITULO V
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CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN DE PROCESOS
RECEPCION DE MATERIAS PRIMAS
5
CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN DE PROCESOS
ALMACENAJE
6
CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN DE PROCESOS
DESPACHO DE MALTA, ADJUNTOS Y MANEJO DE POLVO
7
CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN DE PROCESOS
MOLIENDA DE ADJUNTOS Y MANEJO DE POLVO II
8
CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN DE PROCESOS
DISTRIBUCION DE EQUIPOS
9
CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN DE PROCESOS
SUMINISTROS
AIRE COMPRIMIDO 60 PSI
ALIMENTACION
Dispositivos Alimentación
Motores 440 Vac 60 Hz
Elementos de control y equipos de cómputo. 24 VDC o 110 Vac 60 Hz
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
CONSIDERACIONES PRELIMINARES DE DISEÑO
Diagrama en Bloques de Control
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
REQUERIMIENTOS DE PRODUCCION

• Implementación de seguridades de manejo y
  operación de equipos, transportadores, motores
• Garantizar limpieza y calidad física del grano
• Asegurar la correcta dosificación de materias
  primas

• Flexibilidad en la modificación de parámetros y
  estructura de proceso.
• Compatibilidad con sistema de supervisión y PLC
  de control.
• Almacenamiento de actividades y parámetros, a fin
  de obtener un registro de decisiones operativas.
• Fácil manejo y operación.

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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
INVENTARIO DE SEÑALES
CUARTO ELECTRICO CUARTO ELECTRICO
TOTAL ENTRADAS 112
TOTAL SALIDAS 48
SEGUNDO NIVEL TORRE DE GRANOS SEGUNDO NIVEL TORRE DE GRANOS
TOTAL ENTRADAS 80
TOTAL SALIDAS 32
SEXTO NIVEL TORRE DE GRANOS SEXTO NIVEL TORRE DE GRANOS
TOTAL ENTRADAS 80
TOTAL SALIDAS 96
Cantidades
Tipo de señal Tipo
Entradas Discretas 24 Vdc.
Salidas Discretas A contactos libres de potencial por medio de relé de interfase.
Entradas Análogas 4 a 20 mA. dos hilos
Salidas Análogas 4 a 20 mA dos hilos
Tipos
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
COMPATIBILIDAD CON NUEVOS EQUIPOS DE CONTROL
ESTANDARES PLANTA

• Bus de comunicación campo
• Modbus plus / Profibus DP

• Red de datos Industrial
• Modbus TCP/IP ò CP H1 1 ISO ( siemens)

• Red de datos Administrativa
• Ethernet TCP/IP

• VENTAJAS ESTANDARES SIEMENS SOBRE OTROS
• Estandarización de módulos remotos o periferia,
  conectores y accesorios.
• Conexión directa entre dispositivos ethernet en
  nuevo cocimiento.
• Utilización de un solo software de gestión y
  administración e redes.
• Simplifica tareas de interconexión con
  dispositivos de cocimiento ( ahorro de tiempo)

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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
COMPATIBILIDAD CON NUEVOS EQUIPOS DE CONTROL
(visualización y manejo de lotes)
ESTANDARES PLANTA
OPCION SIEMENS

• Software de Visualización
• Intouch

• Software de Visualización
• Sistema Braumat

• Software de Manejo de Lotes
• InBatch

• Software de Manejo de Lotes
• Sistema Braumat

• VENTAJAS SISTEMA WONDERWARE SOBRE OTROS
• Soporte Local y base de conocimientos adquiridos.
• Permite implementación de sistemas redundantes.
• Permite independizar plataforma de PLC a PC,
  sistema modular.

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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES DE PROCESO
Definición de Unidad de Proceso.- Una unidad es
un grupo de equipos de proceso que cumple las
siguientes funciones - Procesar materiales
ejemplos son reactores, mezcladores,
agitadores. - La unidad puede mantener
materiales ejemplos son estaciones de
dosificación manual, tanques de almacenamiento,
contenedores, y estaciones de llenado. Cada
unidad tiene un único atributo, como su capacidad
o material de almacenamiento, la cual define su
capacidad de procesamiento o sus limitaciones.
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES DE PROCESO
De acuerdo a la definición de unidad de proceso
para nuestro caso hemos definido las siguientes
unidades de proceso
Numero-Unidad Nomónico Descripción
U1 RecMalta Recepción Materia Prima
U2 Despa Despacho Adjuntos
U8 TrpMalta Transporte de malta
U9 TrspAdj Transporte de adjuntos
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
ARQUITECTURA DE CONTROL
La necesidad de integrar varios equipos de
control de procesos en un único sistema
centralizado de información nos obliga a
seleccionar un medio de comunicación
abierto. INDUSTRIAL ETHERNET nos brinda entre
esta ventaja las siguientes

• Enlaza fácilmente diferentes áreas de aplicación
  como administrativa y de planta.
• - Diseño robusto e inmunidad a interferencias
  electromagnéticas.
• - Alta velocidad de funcionamiento con gran
  cantidad de nodos.
• Varios medios de transmisión (fibra óptica, par
  trenzado, etc).
• Gran variedad de topologías redundantes.
• - Fácil crecimiento con tecnología de switcheo.

Capa Método utilizado
7 Step 7
6 Step 7
5 Step 7
4 ISO 8073 Transporte
3 Red 
2 CSMA/CD (IEEE 802.3)
1 Características físicas del bus, conectores RJ45,etc
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
ARQUITECTURA DE CONTROL
La alta densidad de señales en el cuarto
eléctrico, planta baja y alta nos obliga a
diseñar una arquitectura remota, en nuestro caso
utilizamos módulos con comunicación Profibus DP
ubicados convenientemente en cada área.
PROFIBUS DP.- En este modelo de comunicación,
algunas estaciones son definidas como maestras, y
otras como esclavas. Las estaciones maestras
acceden al bus por medio de un esquema token bus.
Mientras una estación maestra posee el testigo,
realiza transacciones con sus esclavos según el
esquema maestro esclavo. Luego, envía el testigo
a la siguiente estación del anillo lógico, como
se ilustra en la siguiente figura
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
ARQUITECTURA DE CONTROL
20
CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
SELECCIÓN DE INSTRUMENTACION
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
SELECCIÓN SENSORES DE NIVEL
TIPO Puntual Puntual Continuo Precisión en de toda escala Temp Máx. ºC Tanques Tanques Desventajas Ventajas
TIPO Alto Bajo Continuo Precisión en de toda escala Temp Máx. ºC Abiertos Cerrados Desventajas Ventajas
Diafragma Si No No 50 mm 60 Si Si No admite materiales granulares gt 80 mm tanques a baja presión Bajo coste, sensible a materiales de variada densidad.
Cono Suspendido Si Si No 50mm 60 Si No Debe estar protegido Baja coste
Varilla flexible Si No No 25mm 300 Si No Relé retardado Muy sensible
Conductivo Si Si No 25mm 300 Si Si Conductividad materiales tanques a presión
Paletas rotativas Si Si No 25mm 60 Si No Tanques abiertas o a baja presión Materiales diversos o a prueba de explosión
Sondeo electromecáni-co - - Si 1 60 Si No Resistencia mecánica media Sencillo
Bascula - - Si /-0,5-1 900 Si Si Coste elevado Preciso y seguro, altas presión y temperaturas
Capacitivo Si Si Si 15mm 150 Si Si Materiales aislantes, calibración individual, adherencias producto Bajo coste
Presión diferencial - - Si - 300 Si Si Coste medio, probable obturación orificio purga Respuesta rápida
Ultrasonidos Si Si Si /-0,5-1 150 Si Si Coste medio Materiales opacos y transparentes, a prueba de explosión
Radar Si Si Si /-2mm 150 Si Si Costos medio productos viscosos
Radiación -- -- Si /-0,5-1 1.300 Si Si Coste elevado supervisa seguridad, calda individual varias fuentes Tanque sin aberturas, productos corrosivos y peligrosos, altas presiones y temperatura
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
SENSORES DE NIVEL CAPACITIVO
PRINCIPIO DE MEDICION La medición de nivel tipo
capacitiva basa su operación en la variación de
la capacitancia entre el aire y el granos. El
capacitor se forma entre la pared del recipiente
y la sonda introducida. Los factores que
determina su magnitud son los siguientes

• Distancia entre la pared y la sonda
• Área de los electrodos (sonda y pared)
• Constante dieléctrica del material entre los
• electrodos (grano-pared).

Al introducir la sonda en el recipiente estamos
fijando la distancia entre los electrodos y su
área, en este caso la capacitancia dependerá
únicamente de la constante dieléctrica del
material. Los materiales generalmente utilizados
en nuestra aplicación trabajan entre un rango de
2 lt er lt 6 (cebada malteada y arroz), mientras
que el aire mantiene un valor fijo de 1 como
constante dieléctrica.
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
SELECCIÓN SENSORES DE TEMPERATURA
En la siguiente tabla se muestran las ventajas y
desventajas entre los principales tipos de
sensores para medición de temperatura
Características Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor
Características RTD de platino de película RTD de platino bobinada Termocupla Terrmistor Silicio
Costo del sensor Moderado a bajo Moderado Bajo Bajo a moderado Bajo
Campo de medida -200 a 750C (560C máx.típ.) -200 a 850 (600C máx.típ.) -270 a 1800 C -100 a 500 (125C máx.típ) -40 a 125C
Intercambiabilidad 0.1. 0.3C 0.06. 0.2C 0.5. 0.2C 10. 0.2C 1. 0.3C
Estabilidad Excelente Excelente Pobre Moderada Moderada
Sensibilidad 0.39/C 0.39/C 40µV/C -4/C 10mV/C
Sensibilidad relativa Moderada Moderada Baja Muy elevada Moderada
Linealidad Excelente Excelente Moderada No es lineal Moderada
Pendiente Positiva Positiva Positiva Negativa Positiva
Susceptibilidad a ruido Baja Baja Alta Baja Baja
Industrialmente los dos sensores de temperatura
mas utilizados son las termocuplas y las RTDs.
Entre las RTDs mayormente utilizadas existen dos
tipos las de película y las bobinadas. Estas
últimas tienen mejores características pero su
costo es más elevado. En cuanto a las termocuplas
existen varios tipos en función de los materiales
que las constituyen. Entre las ventajas más
importantes se resaltan los ambientes a los que
van destinados (oxidante, corrosivo, etc.) y su
bajo costo.
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
MEDICION DE TEMPERATURA
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD

• Entre los principales dispositivos implementados
  tenemos
• Sensores Inductivos.- Atascamiento
  transportadores redler
• Micro interruptor .- Atascamiento transportadores
  sinfín.
• Sensores de vigilancia de movimiento.-
  Confirmación de movimiento en exclusas de polvo.
• Sensores de presencia de grano. - Sobre balanzas,
  molino y algunos transportadores.

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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
SELECCIÓN DE PLC
Capacidad de Memoria
La memoria total de un equipo tiene distintas
zonas en las que se almacenan datos - Área de
programa de aplicación (memoria de carga). -
Registro de E/S discretas. - Registro de E/S
análogas - Registro de temporizadores y
contadores - Registro de variables. - Área
auxiliar. - Sistema operativo.
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
CAPACIDAD DE MEMORIA
Requerimientos de memoria K (bytes)
Tamaño de la imagen del proceso (entradas/salidas) 8
Recursos de comunicación (peticiones de comunicación) 8
Temporizadores 256 8
Contadores 256 8
Marcas 65536 8
Área direccionamiento periferia 8
Tamaño de datos locales y código. 200
Memoria teórica de trabajo 248
Memoria real de trabajo 256
Memoria teórica de carga 446
Memoria real de carga 512
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
DIMENSIONAMIENTO DE VALVULAS
Datos Caudal nominal (Qn) 120 m3/h (tubería
¾) Temperatura (T) 303 F Presión anterior
(P1) 4 bar Presión posterior (P2) 2 bar Peso
especifico fluido (G) aire 1
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CAPÍTULO II
DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL
CALCULO DE PROTECCION PRINCIPAL
In x fc x fs Is D?nde In corriente
nominal de la carga. fc factor de
coincidencia. fs factor de seguridad (
recomendado por el fabricante de la
protección). Is corriente de selección. Por
lo tanto tenemos 459,3 x 0,6 x 1,4 385,8 Amp
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CAPÍTULO III
PROGRAMACION
ESTRUCTURA DEL PROGRAMA
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CAPÍTULO III
PROGRAMACION
BLOQUES DE CONTROL
Tipos de dispositivos
0 Válvula, QL 1 - RE 1
1 Motor, QL 1 - RE 1
2 Válvula, QL 1- RE 0
3 Motor, QL 1 - RE 0
4 Válvula, QL 1 - RE 1 QL 0 - RA 1
5 Motor, QL 1 - RE 1 QL 0 - RA 1
6 Válvula, QL 1 - RE 0 QL 0 - RA 0
7 Motor, QL 1 - RE 0 QL 0 - RA 0
64 Sin confirmación.
128 Ignorar.
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CAPÍTULO III
PROGRAMACION
BLOQUES DE CONTROL VARIOS
DataReciveScale se encarga de la recepción y
tratamiento de parámetros como estado de ciclo de
la bascula, estado de totalizadores, etc.
Mientras que el bloque DataSendScale gestiona en
envío de órdenes a cada báscula como parada,
vaciado total, arranque, etc.
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CAPÍTULO III
PROGRAMACION
MODELO DE PROCESO
QUÉ ES EL ESTÁNDAR S-88? La norma S-88 surge de
la necesidad de resolver los problemas de
automatización de las industrias en el área de
los medicamentos y/o alimentos, las cuales
presentaban procesos comunes y repetitivos de
procesos por Lotes, que a la hora de implantar
sus sistemas presentaban los siguientes problemas
básicos 1. No existía ningún modelo universal
para el control de Lotes. 2. Dificulta de los
usuarios para comunicar sus requerimientos. 3.
Dificulta para los ingenieros al integrar
soluciones de diversos suplidores. 4. Los
ingenieros y usuarios tenían dificultades al
configurar los sistemas. Por estas razones se
creo el comité SP88 (Standards Practices), el
cual desarrolla la norma S- 88 en dos partes
S-88.01 Control por Lotes parte 1 Modelos y
terminologías. S-88.02 Control por Lotes parte
2 Estructura de Datos y definición de interfaces
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CAPÍTULO III
PROGRAMACION
MODELO DE PROCESO
OPERACION
PROCEDIMIENTO
UNIDAD DE PROCESO
El pilar en que se basa S-88 es la separación
entre el Que quiere hacer el cervecero, del
Como se puede hacer con los equipos y
automatización instalados
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CAPÍTULO III
PROGRAMACION
DEFINICION DE FASES LOGICAS
La administración de lotes se realiza a través de
un bloque denominado fase lógica. Cada fase
lógica es una acción de proceso independiente.
Existen ocho componentes principales de una fase
lógica, cada componente incluye bits de control,
bits de estado de fase, control de entradas,
control de salidas, parámetros de formula,
botones de control, bloqueos y alarmas.
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CAPÍTULO III
PROGRAMACION
INBATCH TRANSPORTE CRUDOS
37
CAPÍTULO III
PROGRAMACION
INBATCH TRANSPORTE MALTA
38
CAPÍTULO III
PROGRAMACION
INBATCH DESPACHO CRUDOS
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CAPÍTULO IV
COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA
INVERSION
COSTO DE EQUIPOS
- PLC de control - Terminales de periferia -
Accesorios de redes - Módulos de telefast de
E/S - Licencias de programación - Arrancadores e
Instrumentación en general - Molino de
martillos - Nuevos transportadores - Basculas
electrónicas.
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CAPÍTULO IV
COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA
INVERSION
COSTO DE MATERIALES
- Paneles y Sub-paneles - Materiales Eléctricos y
- Materiales Mecánicos.
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CAPÍTULO IV
COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA
INVERSION
COSTO DE MANO DE OBRA
- Mano de obra de instalación y cableado de
instrumentación - Mano de obra en cableado de
Paneles y Sub-paneles - Mano de obra en acometida
de alimentación para motores y - Mano de obra en
retiro de equipos de control existentes
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CAPÍTULO IV
COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA
INVERSION
COSTO TOTAL
Costo equipos 131.509,10
Costo materiales 25.899,49
Costo mano de obra 13.565,50
Costo Balanzas electrónicas 61.190,00
Costo Molino de martillos 54.210,00
Costo filtro de mangas 44.130,00
Costo transportadores 85.342,22
COSTO TOTAL () 330.504,09
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CAPÍTULO IV
COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA
INVERSION
EVALUACION DE INVERSIONES
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CAPÍTULO V
CALIBRACION Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO
CALIBRACION DE NIVEL
CALIBRACION SENSORES CAPACITIVOS
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CAPÍTULO V
CALIBRACION Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO
PROTOCOLO DE PRUEBAS
Estructura
Cronograma
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CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Como resultado de nuestra implementación hemos
logrado reducir los tiempos en la transportación
de malta y arrocillo en aproximadamente un 50.
En la dosificación de materias primas hemos
conseguido una disminución del error entre la
cantidad fijada y real a porcentajes menores al
0,8 en malta y al 0,6 en adjuntos. La
inversión en tecnologías de automatización en
nuestro país debe considerarse como una
estrategia clave de competitividad, no invertir
en esta tecnología o sin un plan estratégico
claramente definido (meta) puede provocar ser
desplazado por la competencia. El tiempo
estimado del retorno de la inversión es de
aproximadamente dos años que obviamente dependen
de las proyecciones de producción, para efectos
de cálculos consideramos un crecimiento normal
del 5 anual.