PRODUCTIVIDAD

Scientia et Technica Año XIII, No 35, Agosto de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701 305

Fecha de Recepción: 31 de mayo de 2007

Fecha de Aceptación: 01 Agosto de 2007

APLICACIÓN DEL MODELO DE EXPERIMENTACION SHAININ EN UN INGENIO

AZUCARERO DEL VALLE DEL CAUCA

Application of Shainin`s metodology of experimental design in the production factory of sugar in El Valle

del Cauca

RESUMEN

El presente artículo muestra los resultados de la investigación en la cual se aplicó

la metodología Shainin del diseño experimental en la planta de producción de un

ingenio azucarero del Valle del Cauca. Este trabajo destaca la importancia que

tiene el Diseño Experimental como herramienta estadística para el mejoramiento

de procesos productivos, que va más allá del simple monitoreo impuesto por las

técnicas de control estadístico de procesos, sin desmeritarlas como herramientas

útiles para controlar su rendimiento

PALABRAS CLAVES: Análisis de varianza, Búsqueda por variables, Diseño

Experimental, Diseños Factoriales, Efecto, Factores Controlables, molienda, Po

ABSTRACT

The present article shows the results of the investigation in which

the Shainin`s metodology of experimental design was applied in the production

factory of sugar in El Valle del Cauca. This work emphasizes the importance

that has the Experimental design as a statistical tool for the improvement of

productive processes, that goes further on the simple imposed by the techniques

of statistical control of processes

without discrediting them like useful tools to control its yield.

KEYWORDS: Analysis of Variance, Controllable Factors, Experimental

Design, Effect, Factorial Design, , Milling, Variables Search.

PEDRO DANIEL MEDINA V.

Ingeniero Mecánico, M.Sc.

Profesor Auxiliar

Universidad Tecnológica de Pereira

pemedin@utp.edu.co

EDUARDO ARTURO CRUZ T

Ingeniero Industrial, M.Sc.

Profesor Asistente

Universidad Tecnológica de Pereira

ecruz@utp.edu.co

JORGE HERNAN RESTREPO

Ingeniero Industrial, M.Sc.

Profesor Asistente

Universidad Tecnológica de Pereira

jhrestrepoco@utp.edu.co

1. INTRODUCCIÓN

Una herramienta que permite el mejoramiento tanto de

los productos como de procesos con el objetivo de que

los bienes producidos se adecuen de la mejor manera

posible a las exigencias del mercado es el Diseño de

Experimentos, campo cuyo pionero fue Ronald A. Fisher,

matemático y actuario, quien en 1919 realizó los

primeros avances en este campo en la agricultura.

Los métodos estadísticos y las técnicas de diseños

experimentales con aplicaciones a problemas industriales

fueron desarrollados principalmente en Estados Unidos y

Gran Bretaña por científicos del área aplicada (según

Lawson. Madrigal y Erjavec, 1992). Una de las ventajas

de estos métodos es que permite el estudio de diferentes

variables simultáneamente. Además, son empíricos y no

requieren la definición de modelos matemáticos para

describir situaciones físicas. En lugar de eso, involucran

planes de experimentos con procedimientos definidos que

agilizan la determinación de soluciones e interpretación

de datos.

Un experimento es una prueba o ensayo. El experimento

diseñado es una prueba o serie de pruebas en las cuales se

inducen cambios deliberados en la variable de entrada de

un proceso o sistema, de manera que sea posible observar

e identificar las causas de los cambios en la respuesta de

salida (según Montgomery, 1996).

Un proceso o sistema puede ser representado por medio

de una caja negra (Ver figura 1).

Figura 1. Esquema de un proceso

En la figura 1, se observa la existencia de factores

controlables X1, X2 ,..... , Xi; factores no controlables Z1, Z2

,..... , Zi (aunque pueden ser controlables para los fines

Entradas Salidas

X1 X2 Xi

Z1 Z2 Zj

Proceso

Scientia et 306 Technica Año XIII, No 35, Agosto de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira.

del experimento); entradas y una respuesta o salida del

sistema. Entre los objetivos del experimento pueden

incluirse:

• Determinar cuales variables (factores) tienen mayor

influencia en la salida del proceso (Y).

• Determinar el mejor valor de las X que influyen en la

salida del proceso, de manera que Y tenga un valor

cercano al valor deseado.

• Determinar el mejor valor de las X que influyen en Y

de modo que su variabilidad sea pequeña.

• Determinar el mejor valor de las X que influyen en Y,

de modo que se minimicen los efectos de los factores

no Controlables Z.

A continuación se expone la aplicación de un modelo

planteado por Dorian Shainin con el objetivo de observar

el comportamiento del proceso de extracción de jugo

dulce en un ingenio azucarero.

2. METODOLOGIA SHAININ

La metodología propuesta por Shainin esta basada en la

reducción de la variabilidad en un proceso como medio

clave para el mejoramiento de un proceso productivo. Su

filosofía plantea que en la mayoría de los casos, la

variabilidad de un proceso está principalmente

influenciada por tres causas principales (Denominadas:

Red X, Pink X y Pale Pink X) y que sí éstas son

identificadas y controladas cerca del 80% de la

variabilidad del proceso será reducida (Bhote, 1991).

La metodología de Shainin está basada en siete

herramientas del Diseño Experimental, mediante las

cuales se lograrán el objetivo básico buscado por el

experimento (Reducción de Variabilidad):

• Cartas Multivariables.

• Búsqueda de Componentes.

• Comparaciones Apareadas.

• Búsqueda de Variables.

• Factoriales Completos.

• B vs C.

• Diagramas de dispersión.

La adecuada utilización de estas herramientas, según

Shainin, promueve o facilita la disminución en la

variabilidad de un proceso y por ende el aumento de la

eficiencia de éste en el logro de sus objetivos (producir la

mayor cantidad de ítems dentro de las especificaciones

con mínima variabilidad y a un costo aceptable).

Una característica clave de esta filosofía es su enfoque

en el estudio de las variables controlables, sin involucrar

el análisis de las variables ruido del sistema.

3. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

En esta sección se realiza una descripción general del

proceso de producción de azúcar en un Ingenio, en el

cual se aplicó la metodología antes descrita con el fin de

lograr un aumento en el nivel de extracción de la fábrica.

Este sistema productivo esta diseñado en línea, y sus

etapas más importantes pueden ser observadas en forma

esquemática en la Figura 2.

Figura 2. Esquema del proceso de producción de azúcar.

En la Figura 2, se muestra cada uno de los subprocesos

del sistema desde la preparación de la caña hasta el

empaque del azúcar.

Preparación de la Caña: El objetivo de esta etapa es

convertir la caña entera en un material formado por

pedazos cortos y pequeños, generando una masa

compacta que cae fácilmente a la tolva de alimentación o

Donelly y que el primer Molino tomará sin dificultad

absorbiéndola de manera continua.

Molienda: En esta etapa del proceso, la caña sufre un

trabajo de compresión por parte de seis molinos en línea

produciéndose de esta manera la extracción del jugo de la

caña de azúcar.

Clarificación: En esta etapa, el jugo que es extraído en el

proceso de molienda es limpiado mediante la

combinación de diferentes técnicas.

Evaporación: En la etapa anterior del proceso se produjo

jugo claro. Este jugo es una mezcla de azúcar disuelta en

agua en presencia de algunas impurezas. Cuando se ha

quitado ya la mayor cantidad de éstas, resta eliminar el

agua.

Preparación de la caña

Molienda

Clarificación

Evaporación

Cristalización y

Centrifugación

Refinación

Secado y

Empaque

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Clarificación y Centrifugación: El proceso de

cristalización es llevado principalmente en los tachos1, en

los que a través de una adecuada combinación de vacío y

temperatura, se promueve la concentración, formación y

crecimiento del grano en el jarabe proveniente de la

evaporación. En la centrifugación, se procede a la

separación de la solución altamente viscosa formada por

las mieles con alta concentración de azúcar,

aprovechando la fuerza centrífuga generada en

centrifugas de altas velocidades de giro.

Refinación: En esta etapa del proceso se refina el

tamaño y la pureza del grano presente en el licor

proveniente de la etapa de cristalización y

centrifugación.

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