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EVALUACIÓN DEL RIESGO DE INVERTIR EN LA AUTOMATIZACIÓN DE RIEGO POR GOTEO EN UN INVERNADERO, APLICANDO SIMULACIÓN MONTECARLO

EVALUACIÓN DEL RIESGO DE INVERTIR EN LA AUTOMATIZACIÓN DE RIEGO POR GOTEO EN UN INVERNADERO, APLICANDO SIMULACIÓN MONTECARLO

Pablo Iván Romero de La Rosa
Horacio Bautista Santos
Fabiola Sánchez Galván
Instituto Tecnológico Superior de Tantoyuca

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4.2 ESTUDIO TÉCNICO

4.2.1 INGENIERÍA DEL PROYECTO

Fernández,  et.  al.  mencionan  que  un s istema  de  control  distribuido  está  constituido  por 4 subsistemas:
ü  El bus de campo (PROFIBUS), es la plataforma física de comunicación entre el autómata programable (PLC) y la periferia descentralizada (DP).
ü La periferia descentralizada, se encarga de tomar la información de los sensores (de temperatura, humedad relativa, etc.), digitalizarla y mandarla por la red al PLC. Por otra parte  recoge  las  órdenes  de  éste  y  las  ejecuta  sobre  los  sistemas  de  actuación (nebulización, calefacción, etc.).
ü  El PLC actúa como unidad de control. A partir de la información de todos los sensores y de la lógica de control, determina las actuaciones a realizar.
ü La computadora personal (PC) donde se implementa la interfaz de usuario (HMI), trasladando la información del PLC al usuario y viceversa, además de realizar las funciones de servidor de Internet.

4.2.1.1 Sistemas de control del invernadero

Se propone un sistema control más seguro y eficiente que el ya utilizado, para poder tener una mejor calidad en el cultivo y proporcionar un ahorro de energía eléctrica y gas. Para esto se menciona cada uno de los sistemas a controlar.

4.2.1.2 Riego

Uno de los sistemas más utilizados en horticultura es el riego por goteo, en el que el agua se distribuye a baja presión en zonas muy concretas del terreno (bulbo húmedo), donde se desarrolla un sistema radicular del cultivo, con una frecuencia tal que en todo momento quede garantizada una alta humedad en la zona que se riega. Resulta muy útil cuando se tienen problemas de salinidad o fitosanitarios del suelo o alto contenido de sales en el agua utilizada para el riego.
Lo que comúnmente se conoce como riego por goteo es, de hecho una combinación de varios tipos de sistemas de distribución de agua de bajo volumen y alta frecuencia. El término correcto para estos sistemas es microirrigación. Cada sistema de microirrigación se distingue por un t ipo diferente de emisor (la parte que descarga el agua). Estos sistemas de microirrigación son los requeridos por los agricultores. Debido a q ue su necesidad de conservar el agua es cada vez mayor.
Algunos de estos sistemas literalmente distribuyen el agua gota por gota. Lejos de ser una tortura con agua, este tipo de sistema es la mejor forma de aprovechar el agua para las plantas. Manteniendo húmedas las raíces de las plantas (pero no al punto de saturación).
Se busca proporcionarle de 3 a 3.5 litros de agua cada 24 horas. Lo ideal para este invernadero es que tenga riegos muy frecuentes por ho ra, como unos 3 riegos por hora , entonces se tendrán riegos de 0.093 litros entre las 8:00 A.M. y las 8:00 P.M. (12 horas al día). Es así que se aplicaran sólo las cantidades requeridas de fertilizantes y agua al cultivo, sin tener que desperdiciar estos elementos.

4.2.1.3 Fertilización

Es el suministro de nutrimentos que se le proporcionará a la planta por medio del sistema de riego diluyéndolo en el agua para una mejor distribución y no desperdiciando fertilizante.
Para llevar a cabo la fertilización se utiliza el fertirriego, el cual se basa en aplicar fertilizante soluble en agua, y distribuyéndolo a la planta a través del sistema de riego.

4.2.1.4 Sistema de control de temperatura

A continuación se muestran las temperaturas óptimas, superiores e inferiores de los productos a sembrar en el invernadero.

El tomate a temperaturas superiores a 25ºC e i nferiores a 12ºC la fecundación es defectuoso o nulo. La maduración del fruto está muy influida por la temperatura en lo referente tanto a l a precocidad como a la coloración, de forma que valores cercanos a los 10ºC así como superiores a los 30ºC originan tonalidades amarillentas.
El pepino es menos exigente en calor que el melón, pero más que el calabacín.

La sandía es menos exigente en temperatura que el melón, siendo los cultivares triploides más exigentes que los normales, presentando además mayores problemas de germinabilidad. Cuando las diferencias de temperatura entre el día y la noche son de 20-30 ºC, se originan desequilibrios en las plantas: en algunos casos se abre el cuello y los tallos y el polen producido no es viable.

Salinger (1991) menciona que los cultivares de los crisantemos pueden dividirse en dos grupos de acuerdo a su respuesta ante la temperatura de crecimiento y la longitud del día (fotoperíodo):
ü  Crisantemos de floración veraniega o temprana.

ü  Crisantemos de todo el año (AYR; All year round).

Kofranek (1980) clasificó numerosos cultivares de crisantemo según la respuesta de la floración a la temperatura:
ü  Cultivares de termocero.

ü  Cultivares termopositivos.

ü  Cultivares termonegativos.

Según los datos mostrados en la tabla anterior el invernadero tendrá un rango seguro de 12 °C a

28 °C, dependiendo del tipo de cultivo. Para esto, cuando se presenten temperaturas más bajas de

12 °C que es el límite inferior, se activará la etapa de calefacción que nos transferirá el calor por medio de convección, a través del fluido que en este caso es el aire. La etapa de enfriamiento se activará cuando la temperatura rebase el límite superior de 28 °C, sustrayendo el calor excesivo. La temperatura será censada utilizando el circuito integrado (CI) LM35, el cual es un s ensor de temperatura. Este le mandará una señal eléctrica equivalente a l a temperatura al PLC, el cual estará registrando la temperatura. El PLC encenderá el sistema cuando se tengan medidas de que el rango seguro de temperatura está alterado.

4.2.1.5 Humidificación

Con este sistema se busca tener la humedad en un rango seguro para el cultivo, para esto se medirá la humedad relativa con un comparador el cual entrega la diferencia entre dos sensores de temperatura LM35, uno en estado seco y otro en estado de humedad máxima.
Este sistema también será controlado por medio del PLC. Al igual que el sistema anterior se busca tener un rango seguro, que cuando éste se vea afectado encienda. Será igual al sistema anterior pero con medidas de porcentaje de humedad relativa (HR).
Es así, que lo que se busca es proporcionarle al invernadero una mejor optimización en el control de las variables, ahorro de energía y agua.

4.2.2 TAMAÑO DE LA PLANTA

El proyecto se desarrolla en un invernadero tipo minigreen, el cual es sin duda el invernadero más pequeño del mercado y refinado en su tipo, es resistente y de bajo costo, además de que su fuerte estructura de acero galvanizado es fácil y rápido de ensamblar. Ampliamente recomendado para espacios pequeños y trabajos de investigación, así como el desarrollo de nuevas técnicas de cultivo, entre otros.
El invernadero minigreen es ideal para las actividades que se enlistan a continuación:

ü  Germinación de semillas.

ü  Enraizamiento de esquejes (estacas).

ü  Producción de flores.

ü  Producción de cactáceas.

ü  Producción de lombricomposta.

ü  Producción de hortalizas.

ü  Producción de plantas de ornato.

ü  Producción de especies forestales.

ü  Exhibición y venta de plantas.

4.2.3 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO

Este proyecto surge con la finalidad de explotar al máximo los recurso con los que cuenta el ITSTa como lo son el terreno, el agua y los recursos tecnológicos, por lo que la localización del proyecto está determinada desde el principio.

4.2.3.1 Macrolocalización

La investigación se llevó a cabo en el Municipio de Tantoyuca, cuyas coordenadas son 21°21’ latitud norte, longitud oeste de 98°14’ y  cuenta con una altura de 140 m snm tiene un c lima cálido-extremoso, con lluvias abundantes sólo en verano y con una temperatura anual de 23 °C.

4.2.3.2 Microlocalización

El invernadero está dentro del terreno del ITSTa, el cual está ubicado en la Desviación Lindero

Tametate S/N Col. La Morita del Municipio de Tantoyuca, Veracruz.

4.2.3.3 Distribución de la planta

El proyecto se desarrolla dentro del Instituto Tecnológico Superior de Tantoyuca, a continuación se muestra el croquis de distribución.

4.2.3.4 Equipo y maquinaria

En la Tabla 7 se describe el equipo y maquinaria que se habrá de utilizar para la implementación de la automatización del riego por goteo en el invernadero, así como su precio en el mercado.

4.2.3.5 Insumos y materiales para la producción
En la Tabla 8 se menciona los insumos y materiales      que utilizan para la producción en el invernadero, así como su precio en el mercado.

4.2.3.6 Mano de obra directa durante un ciclo

En las siguientes tablas se muestra la mano de obra que se utiliza para un ciclo de producción de los 6 diferentes cultivos que se habrán de analizar.

4.3 ESTUDIO FINANCIERO

El estudio financiero se realiza con el objeto de ser utilizado para apoyar el proceso de planificación de la empresa, y se fundamenta en las diferentes necesidades que se crean ante la situación actual, todo esto con la finalidad de tener un amplio margen de visión hacia lo que se pretende buscar con dicho proyecto. Es importante considerar que este estudio tiene un aspecto detallado de todas las partidas para poner en marcha el proyecto.

4.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN MONTECARLO
El proceso de modelación consta de cuatro etapas: análisis de la información, diseño del modelo, simulación del modelo e interpretación de los resultados (Ver Figura 6).

Se inicia con la definición de datos para la implementación del modelo. Es importante mencionar que la implementación en el software @RISK se realizó en plantillas dinámicas, por tal razón los cálculos  podrán  ser  modificados  por  el  modelador  y  de  esta  manera  se  actualizarán  en  el momento de cambiar los datos para cada una de las instancias propuestas.
Como se ha mencionado a lo largo del documento, se realizó el estudio analizando 6 cultivos diferentes para lo cual el primer criterio a considerar es la cantidad de ciclos de producción por año.
El siguiente aspecto que se debe considerar es el precio por tonelada, el cual se determinó en base a l a Tabla 5, donde se muestra el promedio de precios en diferentes centrales de abasto, según ASERCA.
A continuación, se realiza el análisis de los costos directos, que incluyen los gastos por mano de obra y los insumos propios de la producción como lo son los insecticidas y fungicidas.

Por último se consideran los gastos indirectos, que incluyen los costos de administración e imprevistos. Este costo puede o no considerarse, dependiendo del modelador y de las condiciones de operación del invernadero.
Una vez realizado el análisis de los datos necesarios para el modelo, se procedió a elaborar la plantilla para introducir los datos, la cual se muestra en la Figura 7. El recuadro en rojo muestran las celdas ajustables.

En la tabla 16 se despliega el pronóstico de la producción. Para ello, es necesario conocer los historiales de producción de cada uno de los cultivos que forman parte del análisis, los cuales se obtienen de la base de datos SIACON (1980-2011). Para introducir estos datos al modelo, se utiliza la función RISKNORM ya que se considera una distribución normal en base a los datos históricos.
Para el caso del tomate, los datos deberán ser introducidos de la siguiente manera:

=REDONDEAR(D7*RiskNormal(1.36,0.11),0)

Al aplicarse esta fórmula en la ejecución del modelo matemático, se obtiene el pronóstico de la producción mostrados en la Tabla 16.
Una vez diseñada la plantilla, se procedió a la simulación del modelo, para lo cual se deben definir las salidas, para esta investigación se definió la TIR para tal efecto, ya que lo que se pretende es saber en cuánto tiempo se recuperará la inversión en base a los diferentes escenarios. Ya definidas las salidas, se procede a configurar la simulación, considerando un número de iteraciones automático (Figura 8) y ver el despliegue de los resultados automáticos en Demo Mode (Figura 9).

En base al objetivo planteado al en el capítulo 1 y después de haber realizado la simulación, se obtienen los siguientes resultados.

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