Post on 22-Dec-2015
description
Optimización de recursos locales a través del uso de ordeñadoras públicas accionadas con un sistema fotovoltaico
en el distrito de Masma-Jauja-Junín
2014
i. Resumen ejecutivo
El fin de proyecto de investigación de “Optimización de recursos locales a
través del uso de ordeñadoras públicas accionadas con un sistema
fotovoltaico en el distrito de Masma” es aprovechar una de las tendencias que
la prospectiva nos da como el uso de energías renovables, para solucionar
uno de los grandes problemas del Perú como es la falta de tecnología
adecuada para optimizar el uso de sus recursos naturales.
El presente proyecto será desarrollado por un equipo de estudiantes de
pregrado de la carrera de Ingeniería Industrial de la UNMSM. Inicialmente se
probará el funcionamiento del sistema de las ordeñadoras con paneles
solares. Esta primera prueba se dará con un prototipo en el distrito de
Masma, localizada en la provincia de Jauja. Los pobladores actualmente
realizan un ordeño manual.
Entre los primeros beneficios que obtendremos es la reducción del tiempo
invertido en esta actividad y por ende mayor disponibilidad en otras
actividades económicas. Además, reducirá problemas a la salud por la falta
de ergonomía del proceso actual y traerá ganancias económicas por el
aumento de productividad.
ii. Objetivo General
Optimizar los recursos locales como el ganado vacuno y la irradiación solar a
través del uso de ordeñadoras públicas accionadas con un sistema
fotovoltaico, mediante el aumento de la productividad que brinda esta
máquina y el menor coste de energía al ser implementado con un sistema
fotovoltaico.
iii. Objetivos Específicos
- Uso de energías limpias, no contaminantes con es la energía solar.
-Aumento de la productividad en la extracción de leche por parte de la
comunidad de Masma.
- Automatizar el proceso de extracción de la leche (ordenamiento de las
vacas)
- Disminución de horas hombre en el proceso de ordeño de las vacas.
-Mejorar la calidad de vida de las familias ganaderas de Masma al tener un
proceso de extracción de la leche más ergonómico y salubre.
- Promover el uso de energías renovables, la consiguiente reducción del
consumo de energías fósiles.
- Impulsar el desarrollo de tecnología para la mejora de calidad de productos
lácteos.
iv. Alcance
El proyecto está orientado al distrito de Masma, provincia de Jauja, región
Junín del Perú. La actividad económica a mejorar es la ganadería,
específicamente el ganado vacuno de quienes se obtendrá una mayor
producción de leche a través del uso de ordeñadoras.
El proyecto se planea ejecutar en el año 2015, esta premura debido a que
continuar con el ordeño manual seguiría trayendo muchos problemas a la
salud entre otros.
El alcance de este proyecto presenta tres dimensiones. Una dimensión social
al mejorar la calidad de vida del poblador de Masma. Otra dimensión
económica al dinamizar su economía con tecnología y finalmente la
dimensión ambiental al promover el uso de energías renovables.
v. Fundamento Teórico
En estos tiempos, el desarrollo sostenible ya no se identifica como una
opción, sino como el único camino a seguir para el crecimiento y la
descentralización de las regiones.
Es por ello que se pensó en atender las necesidades de los pueblos con
atraso tecnológico mediante el uso de energías renovables,
Esta decisión se justifica mediante los siguientes fundamentos.
Los peruanos han desarrollado la energía solar con una aplicación
poco productiva, sólo utilizan esta energía en iluminación, para el
funcionamiento de artefactos domésticos como el radio, televisión entre
otros.
Cuadro N°1: Cantidad de Paneles solares por región-Año 2004
Fuente: MINEM, 2004
En varios sectores rurales el ordeño es manual, en consecuencia, esta
actividad trae varios problemas a este pueblo como dolor de espalda,
que probablemente sea un reflejo de una lumbalgia. La causa de todos
estos problemas se debe a que este proceso no es ergonómico.
Las personas consumen mucho tiempo en el proceso de ordeñar sus
vacas al hacerlo en forma manual. La producción actual de leche es de
4.6 millones de kilos diarios de los cuales el 54 por ciento es procesada
por la industria láctea, el 46 por ciento restante se destina al
procesamiento de otros productos en forma artesanal. Los productores
de leche están ubicados en las regiones de Arequipa, Lima,
Cajamarca, La Libertad, Puno, Cusco, Tacna, Junín, Amazonas, Puno,
Ayacucho, Piura, Huánuco, Apurímac y San Martín, entre otras.
El Perú tiene muchas regiones con una buena irradiación que es
propicio para el uso de paneles solares.
Leche
Cuadro N°2: Toneladas Métricas de leche producidas al año en el Perú
Fuente: DIA, Ministerio de Agricultura
Figura N°1: Irradiación Solar Promedio en el Perú (KW h / m2)
Fuente: SENAMHI
En un futuro cercano la escasez del agua se incrementará y el uso de
agua en centrales hidroeléctricas ya no será rentable debido al alto
costo que tendrá este recurso, por lo que se tiene que buscar otras
fuentes de energía. Este problema debido a que nuestras fuentes
principales de agua dulce como son los nevados están desapareciendo
producto del cambio climático. 1
vi. Problemática a abordar
El presente proyecto justifica su demanda en dos soportes, el primero de ellos
es la población de Masma que ha tenido constantes malas gestiones que han
causado que se quede en una situación de atraso tecnológico trayendo
consecuencias como la falta de competitividad en el aprovechamiento de sus
recursos, esta carencia trata de cubrirse en parte con el sistema que se
implementara.
1 Ministerio del Ambiente. (2014). Manejo de Tierra y agua. 2014, de Impactos del Cambio Climático sobre el agua Sitio web: http://cambioclimatico.minam.gob.pe/manejo-de-la-tierra-y-el-agua/manejo-del-agua/impactos-del-cc-sobre-el-agua/
Figura N°2: Gianpierre Calderón, autor del presente documento, observando a la señora Maritza Hidalgo, pobladora de Masma en su actividad de ordeño
Fuente: Elaboración Propia
El otro soporte es que el Perú es el país con menor consumo per cápita de
leche, porque la producción es baja, dado la escasez del producto hace que
este recurso tenga un precio no muy accesible para toda la población,
trayendo como una de sus consecuencias un gran porcentaje de desnutrición
infantil; es por ello que si habría mercado para la leche que se produciría.2
vii. Metodología y Herramientas
Para el proyecto se ha combinado varias metodologías. Entre ella se
encuentra el método científico, usado en la identificación de la problemática y
la experimentación del sistema.
Adicionalmente se usó otras herramientas propias de los proyectos como el
análisis FODA, el estudio del mercado y el cálculo del VAN y TIR, para medir
la factibilidad del proyecto.
viii. Soluciones propuestas
La solución propuesta es una ordeñadora accionada por un sistema
fotovoltaico, el sistema se describe y se muestra a continuación:
Una ordeñadora funciona para extraer de manera más eficiente la leche de
vacas, cabras, etc. El elemento principal de esta máquina es la bomba de
vacío, que puede ser monofásica, trifásica o funcionar a gasolina. El sistema
2Agalep. (2014). Perú consume menos leche per cápita por aspectos políticos y de mercado, advierte Agalep. 2014, de Gestiona Sitio web: http://gestion.pe/economia/peru-consume-menos-leche-per-capita-aspectos-politicos-y-mercado-advierte-agalep-2098991
que se quiere implementar es eléctrico y esta electricidad se quiere generar
con ayuda de los paneles solares ya sea trifásico o monofásico el sistema que
se use determinara el uso o no de un inversor para convertir la corriente
continua que genera el panel solar en corriente alterna, además del uso de un
regulador o controlador, una batería o acumulador, todas las medidas de
estos van a depender de la potencia que necesite la bomba de vacío de la
ordenadora. La ordeñadora está compuesta de otros elementos como el
regulador de vacío que es el encargado de mantener un nivel de vacío
constante en el sistema, un pulsador que es el que se va encargar de darle
los ciclos de absorción y masaje al sistema, las pezoneras, el colector de
leche que a la vez sirve como distribuidor de pulsación, el tanque de
acumulación de la leche y las tuberías del caso.
Descripción del sistema propuesto:
Se usará una ordeñadora pequeña que funcione para 10 vacas
efectivamente, para hacer un correcto uso de esta se necesitará limpiar los
pezones primero, luego se echará una mezcla de yodo y otros ingredientes, a
continuación se les secará con papel periódico ya que la tinta de este es
bactericida, luego que los pezones ya estén limpios se hará un pequeño
ordeño manual para quitar lo que puede haber quedado del yodo, finalmente
se pondrán las pezoneras, y según la cantidad de leche que este botando el
animal se continua con el proceso, ya que se correrá el riesgo de atrofiar las
esfínteres de la vaca.
Requerimientos de ordeñadorasFactores Cantidad Unidades
Ordeñadora para: 8 VacasVacío a bombear 50 KpaMotor eléctrico: 1.1 Kw
Pulsador: 65 PpmDepósito de leche: 25 Litros
Voltaje: 110/220 VacasNumero de pezoneras 2 Pezoneras
Tiempo por vaca 7 MinTiempo por las 8 vacas 10/2*7=35 Min
Procedimiento para el Cálculo de un sistemafotovoltaico Autónomo
Figura N°3: Diagrama de la solución propuesta
Fuente: Elaboración Propia
Cuadro N°3: Requerimientos de las ordeñadoras para la solución propuesta
Fuente: Elaboración Propia
Estimaciones del ConsumoFactores Cantidad Unidades
Consumo Total 1,45 kwHFactor de Seguridad 1.2 -
Lugar Huancayo -Irradiancia 1000 w/m2Irradiación 3500 whH/m2
Hsp 3,5Latitud 12 °
Para el dimensionamiento tomaremosFactores Cantidad Unidades
ef. Batería 95 %ef. Inversor 90 %
ef. Conductores 100 %Cálculo de los watts pico necesarios:
Wp= 120*ED/RADFactores Cantidad Unidades
Energía Consumida(ED) 1,7 Kw/díaRadiación solar de la zona(RAD) 6,7 KwH/m2Watts pico necesarios para la
instalación(WP)312,1 wH/día
Asumiremos un panel de: 120WpNumero de paneles (N°)= WP/W panelNumero de paneles (N°)= 2,6≈3
Selección de BateríasT=(DSSxED)/(RENDxDESC)
DSS 2 Días sin solED 1742,4 Energía por día consumida
REND 0,95 Rendimiento de la bateríaDESC 0,7 Grado de descarga de la batería
T 5240 Número total de wattshora de batería necesarios
ConsideraremosBatería de:
12 V436.69 Ah
Selección de Equipos
Calculo de Inversor
Pinv=1.2*Pac
Cuadro N°4: Cálculo del sistema fotovoltaico para la solución propuesta
Fuente: Elaboración Propia
Cuadro N°5: Selección de las baterías para la solución propuesta
Fuente: Elaboración Propia
Máquinas de arranque:1
Pinv: 1265 Watts
Cálculo del regulador
Ientrada=1.25*Icc*Npaneles
Ie: 26,1 A
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Nº ACTIVIDADFECHA DE
INICIO
FECHA DE
TÉRMINO
1
Análisis del contexto Y recolección de datos
de los agentes eléctricos en el distrito de
Masma.
28 de enero 31 de enero
2Diseño de una ordeñadora con sistema
fotovoltaico para Masma.01 de febrero 28 de febrero
3
Compra y revisión de las piezas de las
ordeñadoras mecánicas y de los paneles
solares.
01 de marzo 31 de marzo
4Armado de prueba de las ordeñadoras
mecánicas con los paneles solares.01 de abril 30 de abril
5
Traslado de las piezas de las ordeñadoras
mecánicas y de los paneles solares hacia
Masma.
01 de mayo 31 de mayo
6
Prueba de ordeñadoras mecánicas con los
paneles solares en Masma.01 de junio 30 de julio
Cuadro N°6: Selección de equipos para la solución propuesta
Fuente: Elaboración Propia
7
Realización de charlas para brindar
información a los pobladores de Masma
acerca de las ordeñadoras mecánicas con
paneles solares.
01 de agosto 31 de agosto
8 Evaluación del sistema en Masma.01 de
setiembre
30 de
septiembre
9
Informe de la implementación del sistema
en Masma.01 de octubre 31 de octubre
10Monitoreo del sistema implementado en
Masma.
01 de
noviembre
30 de
noviembre
11Informe final de la implementación del
sistema en Masma.
01 de
diciembre
31 de
diciembre
ix. Sostenibilidad
El proyecto basa su sostenibilidad en los siguientes tres aspectos:
a. Ambiental
Muchas veces el establo donde se encuentran las vacas no cuentan
con fluido eléctrico y llevarlo hasta ahí requiere una inversión que el
poblador no dispone, para ello se pensó en usar una matriz energética
fácil de transportar y renovable como la energía solar.
b. Social
Este proyecto beneficia a los pequeños ganaderos de las zonas rurales
como es el distrito de Masma. Dentro de estas zonas existe gran
cantidad de micro-productores que vende su producción a grandes
Cuadro N°7: Cronograma de actividades
Fuente: Elaboración Propia
corporaciones, única alternativa que les queda al no poder competir
con estas debido al limitado volumen de su producción. Con esta
tecnología la situación no se cambiará radicalmente pero les brindará
un mayor poder de negociación al obtener una mayor producción,
adicionalmente les brindará mayores utilidades como ya se mencionó.
Con el uso de ordeñadoras mecánicas accionadas por paneles solares
no cambiará radicalmente la situación económica, pero si se verá una
mejora en sus procesos extractivos como menor esfuerzo humano,
ahorro de tiempo en el ordeñamiento, disminución en lumbalgias y
otras enfermedades3 en los pobladores, aumento de su horas
disponibles para realizar otras labores, como limpieza de los establos,
mejorar la calidad de vida general de poblador, entre otros.
Directamente contribuye con una mejor nutrición a los pobladores
locales, ya que al producir una mayor cantidad de leche4 se podría
llegar a los índices mínimos por persona que recomienda la
Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la
Agricultura (FAO)
3No hay dolor. (2013). Síndrome del canal de Guyón2013. 2014, de No hay dolor Sitio web: http://www.nohaydolor.com/detailLesion.php?id=45
4CIPEJ. (2011). La ordeña mecánica aumenta la producción de leche en vacas de doble propósito. 2014, de CIPEJ Sitio web: http://www.ugrj.org.mx/index.php?option=com_content&task=view&id=430&Itemid=138
Cambiar nuestra actualidad de ser uno de los países latinoamericanos
con menor producción de leche y menor consumo, además
obtendríamos un saldo favorable en nuestra Balanza Comercial, ya
que reduciríamos las importaciones de este producto.5
c. Económica
Por último, los beneficiarios con este proyecto son todos los pobladores de la
comunidad ya que al comercializar a mayor escala, se estaría dinamizando la
economía de estas poblaciones que han tenido autoridades con gestión
ineficiente.
Esto se sustenta mediante los siguientes presupuestos, el flujo de caja y el
análisis financiero.
Inversión
5Agalep. (2014). Perú consume menos leche per cápita por aspectos políticos y de mercado, advierte Agalep. 2014, de Gestiona Sitio web: http://gestion.pe/economia/peru-consume-menos-leche-per-capita-aspectos-politicos-y-mercado-advierte-agalep-2098991
Figura N°4: Ordeñadora transportable
Fuente: Alibaba. (2014). portátil ordeñadora. 2014, de Alibaba Sitio web: http://spanish.alibaba.com/product-gs/ordeniadora-portatil-para-la-vaca-con-dos-cubos-874942442.html
Figura N°5: Panel Solar 120 W
Fuente: merkasol. (2014). Panel Solar Policristalino 120W 12V Alto Rendimiento. 2014, de merkasol Sitio web: http://www.merkasol.com/Panel-Solar-Policristalino-120W-12V-Alto-Rendimiento
Figura N°6: BATERIA SOLAR ROLLS S 460AH C100 A
12V PARA AISLADA
Fuente: gemsasolar. (2014). BATERIA SOLAR ROLLS S 460AH C100 A 12V PARA AISLADA. 2014, de gemsasolar Sitio web: http://www.gemsasolar.es/baterias/325-bateria-solar-rolls-s-460ah-c100-a-12v-para-aislada.html
Figura N°7: Convertidor 12V a 230V Fraron 12V PARA
AISLADA
Fuente: tiendafotovoltaica. (2014). Conversor de corriente senoidal puro Fraron 600/650/1200W. 2014, de tiendafotovoltaica Sitio web: http://www.tiendafotovoltaica.es/Inversor-Senoidal-600W-12V-Ligero-y-compacto-Ideal-para-la-oficina-movil rolls-s-460ah-c100-a-12v-para-aislada.html
Figura N°8: Regulador de Carga 30A minoV2 ATERSA
Fuente: AutoSolar. (2014). Regulador de Carga 30A
minoV2 ATERSA. 2014, de AutoSolar Sitio web:
https://autosolar.es/regulador-de-carga/reguladores-de-
carga/regulador-de-carga-mino-v2-30a_precio
Inversión
ÍtemUnidad de
MedidaCantidad
Costo Unitario
Costo Total(Euros)
Costo Total(Dólares)
Costo Total(Soles)
Inversor de 12 v-1200 watts pico
v-watts pico 1 € 219 € 219,00 $ 269,09S/.
791,460593
Panel solar de 120 W y 12 v
watts-v 3 € 151,25 € 453,75 $ 557,52 S/. 1639,8
Regulador 30 A A 1 € 61,5 € 61,50 $ 75,57 S/. 222,2
Baterías 12 v 460 Ah v-Ah 1 € 634,6 € 634,60 $ 779,73 S/. 2293,4
Maq.Ordeñadora portátil 1.1 kW
KW 1 $ 800,00 S/. 2353,0
Total: S/. 7300,0
Tipo de cambio
euro a dólar
1,2287 dólar a sol 2,9413
CostosÍtem Costo Unitario Cantidad Costo TotalOrdeñadorasJuego de Pezoneras S/. 160 1 S/. 160Mantenimiento de Paneles SolaresTrapo + Otros (Para paneles fotovoltaicos) S/. 10 6 S/. 60Grasa antioxidante(batería) S/. 10 6 S/. 60Mantenimiento Bomba de vacío S/. 500 1 S/. 500
Total S/. 780
Costos
Cuadro N°8: Inversión necesaria para el sistema propuesto
Fuente: Elaboración Propia
Cuadro N°9: Costos para el sistema propuesto
Fuente: Elaboración Propia
Ahorros que el sistema generaría
Ahorros del sistemaSupuestos Cantidad Unidades
Considerando un sistema inicial para; 8 vacasEl ordeño manual por vaca de da en : 20 minutos
El ordeño mecánico por vaca se da en: 7 minutosAhorro de tiempo x vaca 13 minutos
Ahorro total x turno 104 minutosAhorro diario 208 minutos
Ahorro diario en horas 3,467 horas
Se costeó la mano de obra de los pobladores en Masma llegando a la siguiente cifraCosto de mano de obra 3 s/.
Ahorro al día 10,4 s/.Ahorro al mes 312 s/.Ahorro al año 3744 s/.
Cuadro N°10: Ahorros en lo que incurriría el sistema propuesto
Fuente: Elaboración Propia
Flujo de caja, VAN, TIR
Flujo de Caja de la implementación de un prototipo de ordeñadora accionada con paneles solaresCosto
Oportunidad20% Horizonte 5 años
Año 0 1 2 3 4 5Ingresos
Ahorro en Mano de Obra
S/. 3.744,00
S/. 3.744,00
S/. 3.744,00
S/. 3.744,00
S/. 3.744,00
Egresos
Inversión S/. 7.300,00
Costos S/. 780,00
S/. 780,00
S/. 780,00
S/. 780,00
S/. 780,00
Saldo S/. -7.300,00
S/. 2.964,00
S/. 2.964,00
S/. 2.964,00
S/. 2.964,00
S/. 2.964,00
Valor Presente S/. -
7.300,00 S/.
2.470,00 S/.
2.058,33 S/.
1.715,28 S/.
1.429,40 S/.
1.191,17
VAN S/.
1.564,17
TIR 8%
x. Conclusiones
Cuadro N°11: Flujo de caja y análisis financiero del sistema propuesto
Fuente: Elaboración Propia
El uso de ordeñadoras públicas contribuirá en el crecimiento y
desarrollo de nuestro país, mejorando también la calidad de vida y el
desarrollo tecnológico de ellos.
El uso de un sistema fotovoltaico para el uso de estas ordeñadoras
permite desde un inicio del uso de este tipo de tecnología tener un
desarrollo sostenible al no ser contaminante.
xi. Consideraciones finales
Para optimizar el uso de este sistema hay que realizar trabajo social
con el objetivo de un trabajo en equipo entre las poblaciones del
profundo Perú.
Se plantea Obtener el financiamiento para la adquisición de los
materiales, insumos, viático de los investigadores para finalizar el
presente proyecto, que sirva como prototipo y como ejemplo a seguir a
gran escala para un desarrollo rápido y sostenible de las regiones
menos atendidas del Perú.
xii. Bibliografía
Ministerio del Ambiente. (2014). Manejo de Tierra y agua. 2014, de
Impactos del Cambio Climático sobre el agua Sitio web:
http://cambioclimatico.minam.gob.pe/manejo-de-la-tierra-y-el-agua/
manejo-del-agua/impactos-del-cc-sobre-el-agua/
Senamhi. (2010). ATLAS DE ENERGÍA SOLAR DEL PERÚ… 2014, de
Ministerio del ambiente Sitio web:
http://www.senamhi.gob.pe/sig.php?p=04
CIPEJ. (2011). La ordeña mecánica aumenta la producción de leche
en vacas de doble propósito. 2014, de CIPEJ Sitio web:
http://www.ugrj.org.mx/index.php?
option=com_content&task=view&id=430&Itemid=138
No hay dolor. (2013). Síndrome del canal de Guyón2013. 2014, de No
hay dolor Sitio web: http://www.nohaydolor.com/detailLesion.php?
id=45
Alibaba. (2014). portátil ordeñadora. 2014, de Alibaba Sitio web:
http://spanish.alibaba.com/product-gs/ordeniadora-portatil-para-la-
vaca-con-dos-cubos-874942442.html
merkasol. (2014). Panel Solar Policristalino 120W 12V Alto
Rendimiento. 2014, de merkasol Sitio web:
http://www.merkasol.com/Panel-Solar-Policristalino-120W-12V-Alto-
Rendimiento
gemsasolar. (2014). BATERIA SOLAR ROLLS S 460AH C100 A 12V
PARA AISLADA. 2014, de gemsasolar Sitio web:
http://www.gemsasolar.es/baterias/325-bateria-solar-rolls-s-460ah-
c100-a-12v-para-aislada.html
Auto Solar. (2014). Regulador de Carga 30A minoV2 ATERSA. 2014,
de Auto Solar Sitio web:
https://autosolar.es/regulador-de-carga/reguladores-de-carga/regulador
-de-carga-mino-v2-30a_precio
tienda fotovoltaica. (2014). Conversor de corriente sinodal puro Eraron
600/650/1200W. 2014, de tienda fotovoltaica Sitio web:
http://www.tiendafotovoltaica.es/Inversor-Senoidal-600W-12V-Ligero-y-
compacto-Ideal-para-la-oficina-movil rolls-s-460ah-c100-a-12v-para-
aislada.html