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

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Rendimiento

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compacto-Ideal-para-la-oficina-movil rolls-s-460ah-c100-a-12v-para-

aislada.html