...

Al Instituto Politécnico Nacional y la ESIME Unidad Culhuacan por

by user

on
Category: Documents
5

views

Report

Comments

Transcript

Al Instituto Politécnico Nacional y la ESIME Unidad Culhuacan por
A mi mamá Juana Rojas por su
cariño,
apoyo,
orientación,
comprensión y motivación que
me ha dado a lo largo de toda mi
vida.
Al Ing. Fernando Eli Ortiz H.
por su gran apoyo incondicional
y consejos, que me formaron
durante la educación superior
A mis hermanas Lucia, Aracely y
Lupita que gracias con su
ternura, cariño, compañía y
consejo he vivido con ellas
grandes momentos en toda mi
vida.
A
mis
profesores
que
me
apoyaron durante el trabajo: Ing.
Enrique Martínez, Ing. Víctor
Román, Ing. Odín Moreno, M. en
C. Betsabé S. Ortiz.
Al Instituto Politécnico Nacional y la ESIME
Unidad Culhuacan por darme la oportunidad
de formar parte de esta casa de estudios tan
importante de México.
Juan Carlos
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD CULHUACAN
TECNOLOGÍAS INNOVADORAS PARA EMPRENDEDORES DE
INVERNADEROS RURALES
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO MECÁNICO
P R E S E N T A :
JUAN CARLOS PAREDES ROJAS
DIRECTORES:
M. EN C. BETSABÉ SULAMITA ORTIZ ALFARO
M. EN C. FERNANDO ELÍ ORTIZ HERNÁNDEZ
MÉXICO D.F.
JUNIO 2009
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
ÍNDICE
RESUMEN
6
ABSTRACT
7
INTRODUCCIÓN
8
PROBLEMA
10
OBJETIVO
10
JUSTIFICACIÓN
11
CAPITULO 1. ANTECEDENTES GENERALES
1.1 Ubicación de la zona de estudio
13
1.2 Problemática para incorporar invernaderos rurales
15
1.3 Dificultad para incorporar tecnologías a cultivos protegidos
16
1.4 Tecnología apropiada
17
CAPITULO 2. MARCO CONCEPTUAL
2.1 Conceptos generales de hidráulica
22
2.2 Redes de Tuberías
26
2.2.1 Diagrama de Moody
26
2.2.2 Ecuación de Bernoulli para el fluido real
27
2.2.3 Ecuación de Darcy-Weisbach
30
2.2.4 Tubo Venturí
31
2.3 Conceptos generales de Termodinámica
34
2.3.1 Sistema termodinámico
34
2.3.2 Propiedad termodinámica
36
2.3.3 Estado termodinámico
37
2.3.4 Leyes de la termodinámica
38
2.4 Transferencia de Calor
41
2.4.1 Mecanismos de transferencia de calor
41
2.4.2 Conducción
42
2
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
2.4.3 Convección
45
2.4.4 Radiación
48
CAPITULO 3. CULTURA EMPRESARIAL RURAL
3.1 Cultura empresarial
51
3.2 Como innovar en microempresas rurales
61
3.3 Estrategias empresariales innovadoras
63
3.4 Diamante de Porter
73
CAPITULO 4. TECNOLOGÍA APROPIADA PARA SISTEMA DE RIEGO
4.1 Diseño de un sistema de riego para el ahorro de agua
80
4.2 Consideraciones de diseño
82
4.3 Selección del Material Utilizado
83
4.4 Calculo hidráulico para un invernadero de 200 m 2
85
CAPITULO 5. INNOVACIÓN INCREMENTAL PARA CALENTADOR RURAL
5.1. Proceso de diseño
97
5.2 Sistemas para mantener la temperatura dentro de un invernadero
103
5.3 Consideraciones de diseño
106
5.4 Desarrollo del Prototipo
108
5.5 Manual de Operación
115
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
118
CONCLUSIONES
119
GLOSARIO
121
BIBLIOGRAFIA
124
ANEXOS
127
3
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Conductividades térmicas de algunos materiales
45
a la temperatura ambiente
Tabla 2. Valores típicos del coeficiente de transferencia
47
de calor por convección.
Tabla 3. Material y equipo para la instalación hidráulica
84
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Rasgos esénciales de la investigación
19
Cuadro 2.- Reconversión Educativa
58
Cuadro 3. Temperaturas para algunos cultivos
107
INDICE DE FIGURAS
Fig. 1 Ubicación de la zona de estudio
12
Fig. 2 Invernaderos de San Isidro Lagunas
12
Fig. 3 Cultivos en Invernaderos
21
Fig. 4 Impartiendo Asistencia Técnica
21
Fig. 5 El caudal a través de la superficie
22
Fig. 6 Tubo de Venturí
32
Fig. 7 Venturí con extremos roscados
33
Fig. 8 Sistemas Termodinámicos
34
Fig. 9 Sistema Cultural Empresarial
54
Fig. 10 Información Técnica y de Negocios
55
Fig. 11 Factores de Desarrollo
56
Fig. 12 Relación entre creatividad y practicabilidad
60
Fig. 13 Nichos de Oportunidad
64
Fig. 14 Creación de conceptos
65
Fig. 15 Invernadero Hidropónico
81
Fig. 16 Calentador de Invernadero
96
4
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Fig. 17 Prototipo Instalado
96
Fig.18 Proceso de diseño
98
Fig. 19 Generador de combustión directa
105
Fig. 20 Control programable
108
Fig. 21 Conexiones eléctricas del controlador
109
Fig. 22 Ventilador del calentador
109
Fig.23. Soportes del ventilador
110
Fig.24 Protección del ventilador
110
Fig.25 Conductos de gas
111
Fig.26 Difusor cónico
112
Fig. 27 Sistema de encendido
112
Fig. 28 Transformador de corriente
113
Fig. 29 Electroválvula
113
Fig. 30 Prototipo terminado
114
5
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
RESUMEN
La Mixteca alta de Oaxaca es una región con recursos naturales, pero con atraso en
su desarrollo rural, existen muchos problemas en lo económico, social y en su
producción protegida, debidos a la falta de adecuación tecnológica que permita la
competitividad de grupos productivos.
Para el cultivo dentro de invernaderos hidropónicos se desarrolló con tecnología
apropiada un sistema de riego por goteo y un sistema de innovación increme ntal en
el caso del calentador de gas, ambos sistemas son tecnologías a la medida de las
necesidades locales.
El sistema de riego por goteo contribuirá al ahorro de agua y el sistema de calentador
de gas ayudará a que el cultivo no se pierda, por problemas de heladas en la zona.
Los sistemas serán aplicados por personas que tienen una visión emprendedora
rural y la voluntad de fomentar su propio negocio, sin tener que emplearse o emigrar
a otros lugares para subsistir.
En conclusión al implementar tecnologías apropiadas e innovaciones incrementales
se aumenta la productividad en invernaderos rurales y se contribuye al mejoramiento
de la calidad de vida.
6
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
ABSTRACT
The Mixteca alta of Oaxaca is a region with natural resources, but with delay in their
rural development, many problems in economic, the social thing and in their protected
production exist, due to the lack of technological adjustment that allows the
competitiveness of productive groups.
For the culture within hydroponics conservatories a system of irrigation by dripping
was developed with appropriate technology and a incremental system of innovation in
the case of the gas heater, both systems are technologies custom-made of the local
necessities.
The system of irrigation by dripping will co ntribute to the water saving and the system
of gas heater will help to not lose the culture, by problems of frosts in the zone. The
systems will be applied by people who have a rural enterprising vision and the will to
foment their own business, without having to use themselves or immigrating to other
places to subsist.
In conclusion when implementing appropriate technologies and incremental
innovations the productivity in rural greenhouse is increased and it is contributed to
the improvement of the quality of life.
7
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo se deriva del proyecto de
investigación que se realiza por
convenio entre la Fundación Produce de Oaxaca, A.C. y el Instituto Politécnico
Nacional a través de la ESIME Unidad Culhuacan
“Innovación Tecnológica en
Sistemas de Producción Hortícola en Invernaderos Familiares Rurales” y el proyecto
SIP 20080231 “Promoción de un ambiente para la innovación microregional en el
marco de desarrollo sustentable”, que tienen como propósito promover el desarrollo
comunitario con la incorporación de tecnologías adecuadas para mejorar la
producción rural.
En la actualidad
muchas tecnologías nuevas son aplicadas en el desarrollo de
nuevos productos que pueden ser fácilmente comercializadas y que representan la
innovación tecnológica en cada región, este factor es lo que propicia la evolución de
los micros, medianas y grandes empresas. Se genera empleo fijo y se obtienen
utilidades con lo que las empresas tienen mayor expectativa de vida.
En los países en desarrollo como México se presentan grandes problemas en el
ámbito del desarrollo tecnológico, la falta de diseño de nuevos productos
y la
optimización de sistemas productivos implica tener un atraso en regiones como la
Mixteca alta en el Estado de Oaxaca, donde las microempresas en desarrollo
necesitan
tecnologías económicamente viables;
es decir, que sean baratas y
además que logren satisfacer las necesidades planteadas por las empresas locales.
Es indispensable fomentar un ambiente de innovación tecnológica aplicando los
conocimientos necesarios para cubrir las necesidades en esta región. La tecnología
apropiada es aquella tecnología que logra satisfacer las necesidades requeridas por
microempresas en esta región. Las tecnologías apropiadas deben cumplir ciertas
características como pueden ser: adecuarse a la economía del cliente, resolver el
problema que se tiene, garantizar que la tecnología es competitiva en comparación
con las tecnologías existentes; esto es, se puede aplicar a cualquier tipo de empresa,
8
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
en nuestro caso la llevaremos al cultivo en invernadero, entonces la tecnología se
debe adecuar a la necesidad del cliente, no es fácil ya que son muchos factores los
que determinan una tecnología
apropiada, desde el conocimiento del medio en
donde trabajará hasta los costos de producción.
Hoy en día las tecnologías nuevas e innovadoras son altamente competitivas en el
ámbito social, económico y ecológico. Al igual que las tecnologías apropiadas estas
deben tener consideraciones económicas sociales y ecológicas. Esta tecnología
debe cumplir con ciertos lineamientos para no contaminar, en la parte social
difundiéndola como una alternativa de tecnología al alcance de todos.
El primer capítulo del presente trabajo, explica la ubicación de la zona de estudio, su
situación geográfica, social y desarrollo tecnológico, así como la problemática para
incorporar invernaderos rurales, además explica los factores que contribuyen al lento
desarrollo tecnológico.
El capítulo 2 presenta las definiciones más importantes de hidráulica, conceptos y
aclaraciones recopiladas de libros de mecánica de fluidos, hidráulica, bombas
hidráulicas etc. Los conceptos
que se requieren para diseñar y llevar a la práctica
los sistemas hidráulicos. También temas como la Termodinámica, para comprender
conceptos de transferencia de calor: conducción, radiación, convección y
otros
conceptos básicos.
Por otra parte, el capítulo 3 trata temas como: cultura empresarial, sus efectos en la
vida cotidiana, educación empresarial etc. Por otra parte una comparación entre una
educación tradicional y una educación empresarial. Definiciones de innovación,
invención y creatividad que facilitan la comprensión de las 19 estrategias de Mario
9
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Borghino también presentadas en este capítulo. Además un texto muy importante en
la cultura empresarial: el diamante de Porter, así como su relación con el Gobierno.
En el capítulo 4 se diseña un sistema hidráulico de un invernadero hidropónico, el
riego es por goteo, se analiza el tipo de material a utilizar, ventajas y desventajas de
utilizar la hidroponía en riego por goteo, las características de un riego por goteo,
especificaciones técnicas de hidráulica, calculo hidráulico para determinar la potencia
de la bomba, diámetro de tuberías, caudal que se requiere, perdidas por fricción en
tuberías etc.
En el último capítulo muestra el diseño de un calentador de gas para invernadero
hidropónico, en donde se presentan temas como son: proceso de diseño,
consideraciones de diseño, sistemas de calefacción y el desarrollo del prototipo; en
donde se muestra paso a paso el armado y su ensamblado del mismo, además la
definición de cada uno de sus elementos así como su explicación técnica de cada
uno de ellos.
Como resultado se tienen el diseño de dos sistemas, un sistema hidráulico y un
sistema termodinámico, que cubren las necesidades de las personas que manejan
invernaderos en la zona. Con ello se contribuye al desarrollo tecnológico y se difunde
una visión emprendedora.
Problema: Falta de tecnologías apropiadas, hechas a la medida de las necesidades
de productores emprendedores en invernaderos rurales, que coadyuven al control de
las heladas y contribuyan al ahorro del agua.
Objetivo: Diseñar tecnologías innovadoras para ser aplicadas por emprendedores
rurales en invernaderos, incorporando innovaciones incrementales en el proceso,
como un sistema hidráulico de riego por goteo, para el ahorro de agua en la
producción hortícola y un sistema de calentador de gas para control de temperaturas
bajas en invernadero.
10
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Justificación: El diseño de los dos sistemas tecnológicos
ayudará a controlar
algunas variables que se tienen dentro de un invernadero hidropónico, debido a la
falta de adecuación tecnológica e innovadora a las técnicas de cultivo en el medio
rural. Su principal objetivo es incorporar alternativas tecnológicas que permitan el
desarrollo de invernaderos capaces de ser utilizados por personas con una visión
emprendedora.
Sistemas más eficientes, como lo es
el cultivo dentro de
invernadero usando la técnica hidropónica, sistemas hidráulicos más eficientes
como el riego por goteo. El diseño de un sistema de calentamiento, para eficientar el
ambiente dentro del invernadero, es una técnica que permite el rápido desarrollo en
la producción hortícola, acelerando su crecimiento.
El
presente trabajo pretende difundir una visión emprendedora, incorporando
técnicas de cultivo útiles y rentables, que sean capaces de crear un desarrollo
económico en el medio rural. Contribuyendo en el aumento de la productividad y
competitividad por medio de una innovación incremental y el uso de tecnologías
apropiadas.
Muchas veces la falta de adecuación tecnológica en el medio rural es muy deficiente,
ya que
el uso inadecuado de tecnologías de la comunicación permite un atraso
cultural. Utilizando tecnologías apropiadas, que sean capaces de resolver el
problema, es más que suficiente para así comenzar con una visión de desarrollo en
el medio rural.
En este trabajo se aplicaran los conocimientos necesarios para resolver solo una
parte de los muchos problemas que se tienen en las comunidades rurales, donde la
falta de adecuación tecnológica provoca un atraso en el desarrollo tecnológico y con
ello no se tiene
una iniciativa emprendedora que logre impulsar el desarrollo
económico. Los principales beneficiarios son las familias campesinas, grupos rurales
y microempresas que cultivan o deseen cultivar en medios de producción hortícolas
sin suelo.
11
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Estaré siempre orgulloso de ser
Politécnico
CAPÍTULO 1
ANTECEDENTES GENERALES
Fig.1 Ubicación de la zona de estudio
Fig.2 Invernaderos de San Isidro Lagunas
Este capítulo comprende la ubicación de la zona de estudio, su situación geográfica,
social y desarrollo
tecnológico, así como
la problemática para incorporar
invernaderos rurales, además explica los factores que contribuyen al lento desarrollo
tecnológico.
12
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
CAPÍTULO 1
ANTECEDENTES GENERALES
1.1 Ubicación de la zona de estudio.
La Mixteca constituye una región geográfica de más de 40,000 km, que comprende
la parte noroccidental del estado de Oaxaca y pequeñas porciones de los de Puebla
y Guerrero. Generalmente se consideran, dentro de la Mixteca, tres sub -regiones: la
Mixteca Alta, la Baja y la de la Costa.
La Alta, llamada por sus pobladores muhu sabí (tierra de lluvias o país de las nubes),
es la más extensa y con mayor población indígena y abarca 38 municipios. Se sitúa
al sur y al este de la propia Mixteca. Por razones geográficas e históricas, algunas
personas subdividen a la Mixteca Alta en un área norte y otra sur, quedando en la
primera, Achiutla, Yucunama, Teposcolula y Tilantongo
y, en la segunda,
Tamazulapam.
La Mixteca Alta, zona sumamente accidentada, está formada por la conjunción de la
Sierra Madre del Sur y la Sierra Oriental o de Oaxaca a la que se denomina
usualmente "Nudo Mixteco". Entre las escarpadas montañas se localizan angostos
valles y profundas cañadas, siendo los más importantes
los de Nochixtlán,
Coixtlahuaca, Teposcolula, Juxtlahuaca y Tlaxiaco.
13
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Como ejemplo se tiene la comunidad de San Miguel Tixá que forma parte de la micro
región y es uno de los
lugares donde se realiza el trabajo de campo, está
aproximadamente a 3 Km. de Teposcolula, en medio de la comunidad pasa la
carretera que va de Nochixtlán a Tlaxiaco, está localizada entre las coordenadas
097° 31' 07" longitud oeste, 17° 29' 52" latitud norte y a una altitud de 2160 msnm
(INEGI, 2003c).
La población total es de 199 habitantes, de ellos 108 son mujeres y 91 son hombres;
el motivo de la escasa población es la migración a otros estados y al extranjero
principalmente a Estados Unidos (INEGI, 2003c). Existen 48 viviendas habitadas con
un promedio de 4.3 habitantes por vivienda, el 85% (41 viviendas) tienen pisos
diferentes a tierra, el 13% (6 viviendas) cuentan con un solo cuarto y el 58% (28
viviendas) tiene dos cuartos incluyendo la cocina.
Se puede decir que el 92% (44 viviendas) posee el servicio de agua entubada, la
totalidad de ellas cuentan con servicio de energía eléctrica, pero carecen de baño y
drenaje por lo que utilizan letrinas y fosas sépticas (INEGI, 2005b). Solo existe un
consultorio rural, que funge como regulador de campañas de salud de prevención y
control de enfermedades de los cuadros básicos de sanidad.
Hay una escuela de nivel preescolar y una escuela primaria, que atienden las
necesidades de educación elemental de la población: lectura, escritura y cultura en
general. El 66% (142 personas) de la población total tienen más de 15 años de edad;
33 de ellas (16% de la población total) no tienen ninguna instrucción, 56 de ellas
(27%) tienen primaria incompleta, 33 tienen primaria completa (16%) y únicamente
20 cuentan con instrucción posprimaria (representando el 10% de la población total).
De la población total, solo 43 tienen entre 6 y 14 años de edad, de ellos 42 (20.19%)
saben leer y escribir y solo una persona no sabe leer ni escribir (INEGI, 2005a).
Es necesario hacer notar que en las comunidades que integran la micro región de
estudio se rigen por usos y costumbres, porque esto influye en su forma de
14
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
organización y en la forma de pago de los jornales, también existe el tequio y la
mano vuelta
1.2 Problemática para incorporar invernaderos rurales
En la mixteca alta de Oaxaca se presentan varios problemas económicos, sociales y
culturales todo estos tienen como consecuencia: la migración,
desempleo,
analfabetismo, falta de microempresas, y con ello un lento desarrollo rural.
La producción agrícola en la microrregión, se encuentra prácticamente estancada.
Debido a que los suelos presentan serias limitaciones ya que en su mayoría son
demasiados montañosos y muy delgados como producto de la erosión.
La mayoría de la superficie de cultivo es de temporal, por otra parte existen también
graves problemas que limitan la productividad como son: salinidad, insuficiencia de
agua, mal drenaje y un clima demasiado extremoso.
La falta de medios de información y comunicación contribuye al lento desarrollo de
esta región, es decir necesitan un impulso que contribuya al desarrollo regional,
teniendo como base sus conocimientos en el campo.
La mayoría de los habitantes de esta región son agricultores, pero debido a las
condiciones climáticas del lugar, solo pueden cultivar sus cosechas de temporal.
Para contribuir al desarrollo rural es necesario ampliar su productividad, con medios
de producción más eficientes, capaces de garantizar la cosecha en cualquier
condición de clima.
Los invernaderos contribuyen a mejorar la productividad, pero aun mas cuando se
tienen controlados los aspectos como: ph, temperatura, riego, etc. La falta de medios
de producción como lo son los invernaderos son necesarios para un desarrollo micro
regional. Pero se tienen varios problemas para incorporar los invernaderos como
son: son muy caros, la tecnología es de origen israelita, el manejo de la planta es
diferente que en el cultivo a en suelo abierto.
15
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
1.3 Dificultad para incorporar tecnologías a cultivos protegidos
La mayor parte de la personas en las comunidades de la zona de estudio presentan
gran interés por salir adelante, pero debido a que no tienen una motivación, algún
medio de trabajo que logre adecuarse a sus necesidades, hace difícil que prosperen
económicamente y socialmente.
Por otro parte es difícil implementar medios tecnológicos que se adecuen a las
características de tipo de población, en el medio rural la falta de medios económicos,
medios de información, servicios indispensables (agua, luz, teléfono etc.), complican
la incorporación de tecnología de última generación,
Es necesario contribuir al desarrollo de tecnologías que se ajusten a las necesidades
en el medio rural, ya que son las zonas mas desprotegidas del país, pero algunas
comunidades son ricas en recursos naturales, que pueden ser aprovechados.
Las comunidades rurales de la zona de estudio cuentan con los recursos
indispensables como: abundante agua, minerales, luz solar. Sin embargo el clima es
muy extremoso, por las noches alcanzan temperaturas menores a 0 °C lo que
provoca que todos los cultivos se pierdan, lo que genera una mala productividad en
el producto.
Los invernaderos representan un medio efectivo para el cultivo, sin embargo al
implementar los avances tecnológicos, es difícil que las personas de las
comunidades rurales adquieran este tipo de tecnologías.
En ocasiones satisfacer las necesidades de las personas que se dedican al cultivo
protegido (invernaderos) es complicado, ya que se tiene que hacer un estudi o
minucioso, para saber las condiciones y el tipo de tecnología que se puede
implementar en la zona.
16
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
1.4 Tecnología apropiada
Para que una tecnología se considere apropiada, debe ser económicamente viable,
socialmente beneficiosa y responsable con el medio ambiente. La tecnología
apropiada está en armonía con las habilidades humanas, las necesidades locales y
las tradiciones culturales de los pueblos, por consiguiente, se tiene que determinar
qué tecnología es más apropiada para una situación en particular, en un lugar y
tiempo determinado.
La oficina de evaluación de tecnología del Congreso de Estados Unidos, define las
siguientes características para la tecnología apropiada: ser en pequeña escala,
utilizar la energía eficientemente, sana con respecto al medio ambiente, de intensa
labor y controlada por la comunidad.
Este término ha ganado un amplio reconocimiento como un medio efectivo para el
desarrollo económico y social, siendo un componente muy importante que conviene
considerar en las estrategias de crecimiento económico y en el aumento de la calidad
de vida de las comunidades más necesitadas.
La tecnología apropiada promueve la independencia y la responsabilidad porque
beneficia a la sociedad.
La tecnología apropiada no solo facilita la formación de destrezas, sino también da la
experiencia a las personas en solucionar problemas reales y conseguir un resultado
satisfactorio en lo económico, social y ambiental. Para decidir si una tecnología se
puede considerarse apropiada, se aplican los siguientes criterios: la tecnología
provee bienes y servicios a un costo razonable, tiene una influencia deseable sobre
la cultura local ahora y en el futuro, además promueve un estilo de vida sano.
La responsabilidad de esta tecnología es del diseñador, que soluciona un problema y
calcula la magnitud del efecto que la tecnología tendrá sobre la cultura de las
personas y el medio ambiente. Toda sociedad tiene una tradición tecnológica y las
nuevas tecnologías deben respetarla. Sus características deben ser:
17
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Apoyar las actividades empresariales, sobre todo las rurales.
Hacer uso de los materiales locales prioritariamente.
Crear empleos que aprovechen la abundante mano de obra local y que tiene
un bajo costo de capital.
Que pueden ser costeados por grupos pequeños de campesinos.
Pueden ser comprendidas, controladas y manejadas por las comunidades
rurales, sin necesidad de recurrir a importaciones de tecnologías, maquinaria
y equipo que los haga más dependientes, ya que no se trata de apartar el
elemento humano de su medio, sino fomentarles su creatividad, su ingenio y
su participación, ayudándoles para que sean más productivos.
Para que los micros y pequeñas empresas tengan una vida duradera es necesario
que sus planes a largo plazo incluyan la incorporación de nuevos métodos de
trabajo, patentes, nuevos productos, prototipos y actualización de su planta industrial,
esto es que se beneficien de la investigación aplicada y del desarrollo tecnológico
con resultados hechos a la medida de sus necesidades locales. (Cuadro 1).
18
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Cuadro 1. Rasgos esenciales de la investigación
Definición
Investigación
Aplicada
Objetivo adquirir
conocimientos
científicos nuevos,
orientados a un
IA
Desarrollo
Tecnológico
DT
objetivo práctico
determinado.
Tipos de trabajo
Objetivos
• Utilizaciones
Comentarios
Resultados:
posibles de los
resultados de la I
Objetivo
•
Un producto
B
práctico
•
Operaciones
•
Métodos
para un objetivo
•
Sistemas
concreto
•
Patentes
• Métodos y medios determinado
Utilización de
Trabajos
conocimientos
sistemáticos
científicos para
basados en
producir
conocimientos
dispositivos,
existentes (I A o
sistemas o mejoras
experiencia)
Lanzar al
mercado una Ensayos y pruebas
novedad o
mejora
concreta
•
Prototipo
•
Planta piloto
Fuente: Elaboración propia con base en Escorsa y Valls, 2001
También es posible realizar innovaciones incrementales en las microempresas
regionales para aumentar su competitividad, por eso es conveniente tener presente
la adecuación tecnológica, investigación aplicada, el desarrollo tecnológico y la
investigación tecnológica cuya importancia se explica en tres circunstancias:
a) Porque cuanto mayor sea la capacidad de un país o empresa para generar
productos tecnológicos adecuados, mayor será su capacidad para adaptar
esas tecnologías a los procesos productivos, difundirlas, asimilarlas y
originar innovaciones.
19
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
b) Porque el componente tecnológico de los procesos constituye una línea
divisoria decisiva, que separa a los productores de los bienes y servicios de
los productores de conocimiento e información.
c) El hecho de que los precios se han conjugado con otras características para
alcanzar el éxito de mercado, aumentando la importancia de la innovación,
la cual se rige como elemento central de la competitividad.
En México, la modernización tecnológica basada en la compra de tecnología limita
las posibilidades de desarrollo y no es sostenible en el largo plazo. La producción
más limpia, las normas ISO, la calidad total y la innovación incremental o radical
coinciden en el aumento de la productividad y de la competitividad de las empresas,
pero si se agrega: la responsabilidad de las corporaciones, el desarrollo sostenible y
la tecnología apropiada, seguramente se incrementará la competitividad en las
microempresas industriales rurales.
20
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Las acciones rurales permiten crear
habilidades en los egresados para ser
ingenieros
comprometidos,
emprendedores y sensibles con la
realidad en que viven las familias
mexicanas mas necesitadas.
Fernando Elí Ortiz Hernández
CAPITULO 2.
MARCO CONCEPTUAL
Fig. 3 Cultivos en Invernaderos
Fig. 4 Impartiendo Asistencia Técnica
En el marco conceptual se presentan las definiciones más importantes de hidráulica,
conceptos y aclaraciones recopilados de libros de mecánica de fluidos, hidráulica,
bombas hidráulicas etc. Los conceptos que se requieren para diseñar y llevar a la
práctica los sistemas hidráulicos. También temas como la termodinámica, para
comprender conceptos de transferencia de calor: conducción, radiación y convección
y otros conceptos básicos.
21
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
CAPITULO 2.
MARCO CONCEPTUAL
2.1 Conceptos generales de hidráulica
Caudal
Caudal Q es el volumen de fluido por unidad de tiempo que pasa a través de una
sección transversal a la corriente. Así por ejemplo en una tubería de agua los litros
por hora que circulan a través de un plano transversal a la tubería.
Ecuación de dimensiones:
[ Q ] = [ L ]3 [ T ]-1
1Q = 1 m3 / seg. S.I
Si la velocidad de la corriente v es paralela a la superficie A vertical como en la fig.
a o también inclinada, pero paralela a la superficie, el caudal que la atraviesa es
nulo. Si la velocidad v tiene cualquier otra dirección fig. b, descomponiendo v según
tres ejes, dos paralelos a la superficie y el tercero normal a la misma, solo la
componente normal
vn produce caudal (Mataix, 2007: 92 ).
v´´t
v´t
v =vt
vn
a)
b)
Fig.5: El caudal a través de la superficie
de la figura en (a) es nulo. En (b), las dos
componentes de la velocidad paralelas a
la superficie v't y v”t no contribuyen al
caudal .
22
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Si la superficie a través de la cual se calcula el caudal es finita es evidente que la
dirección de la velocidad puede variar de un punto a otro de la misma, y, además la
superficie puede no ser plana. Llamando dA al elemento infinitesimal de área, siendo
cn la componente de la velocidad normal a ese elemento se tendrá:
dQ = vn dA
Q = ∫ cn dA
Si c es la velocidad media normal a la sección A, de la Ec. Anterior se deduce:
Q = vA
Presión de un fluido
La presión de un fluido se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y
actúan normalmente a cualquier superficie plana. En el mismo plano horizontal, el
valor de la presión en un líquido es igual en cualquier punto. Las medidas de presión
se realizan con los manómetros, que pueden ser de diversas formas. De no advertir
lo contrario, a través de todo el libro las presiones serán las presiones relativas o
manométricas. Las presiones manométricas representa el valor de la presión con
relación a la presión atmosférica (Mataix, 2007).
Número de Reynolds
El número de Reynolds es el parámetro adimensional de semejanza en los
problemas con predominio de la viscosidad. También el número de Reynolds
cociente de una fuerza de inercia por una fuerza de viscosidad mide el influjo relativo
de esta última: un número de Reynolds grande implica un influjo de la viscosidad
23
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
pequeño y viceversa. Jugando en los fenómenos de resistencia un papel decisivo en
que la corriente sea laminar o turbulenta, también jugara un papel
decisivo el
número de Reynolds, con números de Reynolds pequeños la corriente es laminar;
con números de Reynolds grandes la corriente es turbulenta.
Reynolds, físico ingles de finales del siglo pasado, llevo a cabo una serie de
experimentos con el sencillo aparato . Un tubo de cristal con su boca abocinada
termina en una válvula. En el tubo entra agua desde un recipiente en reposo a una
velocidad controlada por dicha válvula. El pequeño depósito contiene un colorante
fuerte, por ejemplo anilina, que se inyecta a la entrada del tubo de vidrio por un tubito
terminado en una boquilla. El número de Reynolds en la corriente del tubo de vidrio.
Re= υD
ν
Donde:
D --- Diámetro de la tubería, que en este caso permanece constante
ν --- Viscosidad cinemática del agua, también constante
Aumenta de una manera continua al abrir la válvula; en efecto, al abrir entonces
aumenta el caudal y con el aumenta υ, y por lo tanto el numero de Reynolds.
Se abre poco a poco la válvula y se observa la corriente:
Al principio de hilo de corriente visible por el colorante es prácticamente una
línea recta: corriente laminar
Luego, con la válvula suficientemente abierta se empiezan a formar remolinos
aguas abajo junto a la válvula, mezclándose allí el colorante con el agua:
comienzo de turbulencia
24
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Finalmente los remolinos se propagan por todo el tubo, intensificándose la
mezcla del colorante y quedando todo el tubo coloreado: corriente
Reynolds observó:
Cuando el número de Reynolds, Re 12.000 la corriente era necesariamente
turbulenta: 12.000 sería el número crítico de Reynolds superior; pero tomando
precauciones delicadas de laboratorio (eliminación de transmisibilidad de
vibraciones al aparato) posteriormente se ha conseguido corriente laminar con
número Re= 40.000. No es posible probar la imposibilidad de conseguir
corriente laminar con números de Reynolds aún más elevados. El número
crítico de Reynolds superior es, pues, indeterminado.
Cuando el número de Reynolds Re
2.000 la corriente era necesariamente
laminar. Es decir, si se producía alguna perturbación la turbulencia inicial
quedaba en seguida amortiguada por la viscosidad y no se desarrollaba jamás
un flujo turbulento: Re = 2.000 es el número crítico inferior de Reynolds. En la
práctica siempre existen perturbaciones que hacen que por encima de este
número la corriente difícilmente es ya totalmente laminar.
El experimento se puede repetir con otros fluidos: aceite, alcohol, etc. (V variable) y
con diversos diámetros de tubería (D variable): Reynolds experimentó con tuberías
de diversos diámetros. Todo lo cual demuestra que no es un cierto valor de la
viscosidad v o de la viscosidad U lo que condiciona el tránsito de régimen laminar a
turbulento, sino un cierto valor de la relación u D/v=Re.
Para un determinado diámetro de tubería la velocidad que hace crítico el número de
Reynolds se llama velocidad crítica. En los conductos de agua industriales la
velocidad media es superior a la velocidad crítica y el régimen de corriente suele ser
25
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
siempre turbulento. Este régimen laminar. Este último se produce, por ejemplo, en
las tuberías de engrase a presión.
Es lógico que en la capa limite turbulenta se forme una subcapa laminar porque la
velocidad del fluido en contacto con el contorno es 0, y por lo tanto el numero de
Reynolds crece desde 0 formando dicha subcapa laminar, allí donde Re (Número de
Reynolds) es todavía suficientemente pequeño (Mataix, 2007: 194-197).
2.2 Redes de tuberías.
2.2.1 Diagrama de Moody
El diagrama de Moody es la representación gráfica en escala doblemente logarítmica
del factor de fricción en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa de
una tubería.
En la ecuación de Darcy-Weisbach aparece el término λ que representa el factor de
fricción de Darcy, conocido también como coeficiente de fricción. El cálculo de este
coeficiente no es inmediato y no existe una única fórmula para calcularlo en todas las
situaciones posibles.
Se pueden distinguir dos situaciones diferentes, el caso en que el flujo sea laminar y
el caso en que el flujo sea turbulento. En el caso de flujo laminar se usa una de las
expresiones de la ecuación de Poiseuille; en el caso de flujo turbulento se usa la
ecuación de Colebrook-White.
En el caso de flujo laminar el factor de fricción depende únicamente del número de
Reynolds. Para flujo turbulento, el factor de fricción depende tanto del número de
Reynolds como de la rugosidad relativa de la tubería, por eso en este caso se
representa mediante una familia de curvas, una para cada valor del parámetro k / D,
donde k es el valor de la rugosidad absoluta, es decir la longitud (habitualmente en
26
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
milímetros) de la rugosidad directamente medible en la tubería. Ver Anexo A. (Ven
Te Chow, 1982)
2.2.2 Ecuación de Bernoulli para el fluido real
En un fluido real la viscosidad origina un rozamiento tanto del fluido con el contorno
(tubería, canal, etc.) cuanto de las partículas de fluido entre si. Naturalmente
se
sigue cumpliendo el principio de la conservación de la energía o primer principio de
la termodi námica. Es decir, además de las tres clases de energía aparece la energía
de fricción, que según la termodinámica no es una energía distinta. La fricción
provoca tan solo una variación del estado térmico del fluido. En el fluido real:
du ≠ 0
(Aunque si seguimos suponiendo que el fluido se comporta como incompresible p
dv=0) y dQ ≠0, con aumento de la temperatura del fluido y/o del medio exterior.
Esta fricción en la mecánica de fluidos incompresibles no es aprovechable y solo en
este
sentido llamaremos energía perdida, o bien expresada en forma de altura,
altura perdida Hr.
La energía en el punto 1 (o suma de la energía de posición, de presión y cinética en
el punto1) – la energía perdida entre el punto 1 y 2 por razonamiento = energía en el
punto 2 (o suma de energía de posición, de presión y cinética en el punto 2 ), o sea:
Ecuación de Bernoulli con pérdidas
P1 + Z1 + V12 - H r 1 – 2 = P2 + Z2 + V22
pg
2g
pg
2g
(Fluido real – viscoso pero compresible – v1, v2 velocidades medias en las secciones
1 y 2)
27
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Donde H r 1 – 2 - altura perdida entre el punto 1 y el punto 2 ( g H r 1 – 2 = Y r 1 – 2 es la
energía perdida entre las secciones 1 y 2 ).
El análisis del término H
r 1 – 2
, que constituye un tema
muy importante en la
Mecánica de Fluidos.
Si la corriente atraviesa una o varias maquinas que la suministran energía (bombas)
experimenta un incremento de energía que, expresada en forma de altura , la
llamaremos ∑Hb . Así mismo si la corriente atraviesa una o varias maquinas a las
que cede energía
(turbinas) experimenta
un decremento de energía, que ,
expresada en forma de altura, la llamaremos -∑Ht . Por tanto:
La energía del fluido en el punto 1 – la energía perdida entre el punto 1 y el punto 2 +
la energía suministrada al fluido por las bombas que haya entre el punto 1 y el punto
2 – la energía cedida por el fluidos las turbinas o motores que haya entre el punto 1
y el punto 2, ha de ser igual a la energía en el punto 2. En hidráulica se prefiere,
expresar todas estas energías en forma de alturas equivalentes (dividiendo todos
los términos por g). Expresando el párrafo anterior mediante una ecuación se tiene
la:
P1 + Z1 + V12 -∑Ht
pg
2g
r1–2
+∑Hb - ∑Ht = P2 + Z2 + V22
pg
2g
Ec. A
Donde:
P1/ Pg, P2/Pg : alturas de presión
Z1,Z2 : alturas geodésicas
V21 / 2g, V22/2g: alturas de velocidad
Hr1-2 : suma de todas las pérdidas hidráulicas entre 1 y 2
28
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Hb : suma de los incrementos de altura proporcionados por las bombas instaladas
entre 1 y 2.
Ht : suma de los incrementos de altura absorbida por los motores
(turbinas)
instalados entre 1 y 2.
La Ec (A) está expresada en m; pero según la Ec. (A) Multiplicando ambos miembros
por g se expresaría en
M2/ s2 = J/Kg. (Energías específicas en el SI)
Además:
P1/pg + z1 = h1
- altura piezométrica en el punto 1
P1/pg + z1 + v21 / 2g = H1
- altura total en el punto 1.
-
si no hay pérdidas (fluido ideal) no cesión (turbina) de energía, la altura
(energía) total de la corriente permanece constante:
H = C (constante de Bernoulli)
(Mataix, 2007: 112)
29
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
2.2.3 Ecuación de Darcy-Weisbach.
En 1850, Darcy, Weisbach dedujo experimentalmente una fórmula para calcular en
un tubo las pérdidas por fricción:
f: Factor de fricción de Darcy- Weisbach
L: Longitud del tubo.
D. Diámetro.
V: Velocidad media.
g: Aceleración de la gravedad
Q. Caudal.
Características
Fórmula para determinar las pérdidas de energía por fricción.
Ecuación racional, desarrollada analíticamente aplicando procedimientos de
análisis dimensional.
Derivada de las ecuaciones de la Segunda Ley de Newton.
Es la fórmula más utilizada en Europa para calcular pérdidas de cabeza.
La pérdida por fricción está expresada en función de las siguientes variables:
longitud de la tubería, velocidad media de flujo (la que se puede expresar
también en términos del caudal), diámetro de la tubería y depende también de
un factor o coeficiente de fricción f.
El coeficiente de fricción de Darcy – Weisbach es, a su vez, función de la
velocidad, el diámetro del tubo, la densidad y viscosidad del fluido y la
30
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
rugosidad interna de la tubería. Agrupando variables, se obtiene que f es
función del número de Reynolds, así:
Para determinar f se puede utilizar la ecuación de Colebrook – White, la cual
relaciona f con el número de Reynolds, pero es un poco difícil resolver esta
ecuación ya que es una función implícita de f (se resuelve por métodos
iterativos). El diagrama de Moody fué desarrollado a partir de la ecuación de
Colebrook – White y constituye una solución gráfica para el coeficiente de
fricción de Darcy – Weisbach.
2.2.4 Tubo de Venturí
El principio del medidor Venturí, basado en el teorema de energía de Bernoulli, fue
establecido en 1797, por el italiano J.B. Venturí, pero su aplicación práctica se debe
el estadounidense Clemens Herschel, quien lo utilizó por primera vez en 1887 para la
medición del gasto en tuberías.
Como se puede apreciar en la figura 6 un medidor venturí se compone de tres
partes: 1. El cono de entrada, donde el diámetro de la tubería se reduce
gradualmente. 2. La sección contraída o garganta. 3. El cono de salida o difusor,
donde el diámetro aumenta gradualmente hasta igualar el diámetro de la tubería
aforada.
En el cono de entrada, el caudal, normalmente conducido a baja velocidad y alta
presión, es acelerado gradualmente y parte de su energía de presión cambia a
energía cinética, llegando a la garganta con una condición hidráulica de alta
velocidad y baja presión. La caída de presión, o pérdida de carga piezométrica entre
31
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
la tubería de entrada y la sección contraída de la garganta, es medida en un
manómetro diferencial.
Fig. 6 Tubo de Venturí
La función del cono de salida es desacelerar suavemente al fluido y llevar la presión
tan cerca como sea posible de su valor de entrada. Esta transformación de energía
nunca se logra completamente, debido a la inevitable pérdida de carga por fricción
que siempre ocurre cuando el fluido pasa a través de un Venturí.
La recuperación de la carga piezométrica varía de 80 a 90% o sea que la pérdida por
fricción es del orden de 10 a 20%, pero este porcentaje disminuye con el tamaño del
medidor y con el incremento de velocidad.
Ecuación de descarga para un Venturí
El teorema de energía demuestra que un Venturí, la caída del gradiente hidráulico o
del nivel piezométrico, es equivalente al incremento en energía cinética, más la
fricción que ocurre entre la entrada y la garganta.
P1-P2 + (Z1-Z2) = V22-V12 + fricción
w
2g
Donde:
P1-P2 =
w
Diferencia de cargas por presión entre un punto 1 a la entrada y en un
punto 2 en la garganta del medidor (P 1<P2).
Z1-Z2 = Diferencia de la elevación (z) o de cargas por posición entre los puntos
1 y 2 antes señalados (Z1 = Z2 en Venturí horizontales)
32
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Diferencia en cargas por velocidad o incremento en energía cinética entre
V22-V12 =
la entrada y la garganta (V2<V1)
2g
El principio de Venturí en la inyección de agroquímicos
La reducción cónica de una unidad Venturí, ayuda en la inyección de fertilizantes y
agroquímicos en tuberías a presión de sistemas de riego por aspersión y goteo. La
succión de agroquímicos en solución, desde un tanque hacia el interior de la tubería,
se debe a la caída de presión que sufre el agua, al pasar por la sección contraída por
la garganta, donde se incrementa su velocidad (Fig. 7).
Los inyectores tipo Venturí, para sistemas de riego, se fabrican en polipropileno,
resistente a la corrosión química; en tamaños de ½” a 2” de diámetro (12 a 50 mm),
con capacidades de succión de 15 a 1500 l/h, respectivamente.
Fig.7. Venturí con extremos roscados
33
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
2.3 Conceptos Generales de Termodinámica
2.3.1 Sistema termodinámico
Un sistema termodinámico es una región del espacio tridimensional o una cantidad
de materia, delimitada por una superficie arbitraria. La frontera puede ser real o
imaginaria, puede hallarse en reposo o en movimiento y puede variar de tamaño o
de forma. La región del espacio físico que queda fuera de las fronteras elegidas
arbitrariamente recibe el nombre de entorno
habitual el término “entorno” se reduce
o medio ambiente. En su contexto
a la región específica localizada que
interacciona de alguna manera con el sistema y tiene, por tanto, una influencia sobre
el sistema que puede detectarse. Cualquier análisis termodinámico comienza por la
elección del sistema, su frontera y su entorno.
Fig.8 Sistemas Termodinámicos
Fuente: Vanness, H.C., 1991
34
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
En la figura anterior
se muestran
ejemplos de sistemas
con sus fronteras
representativas. La figura ilustra la corriente de un flujo a través de un conducto o
una tubería. La línea discontinua es una representación bidimensional
de una
posible elección de frontera, fija en el espacio, que delimita la región del espacio a la
que va aplicarse el estudio termodinámico. Se puede elegir la superficie interna de la
tubería como parte de la frontera, y representa un impedimento real al flujo
de
materia. Sin embargo, adviértase que una parte de la frontera es imaginaria; esto es,
no existe una superficie real que señale la posición de la frontera en los extremos
abiertos. Estas últimas fronteras se eligen con fines de cálculo y no tienen efecto ni
significado verdaderos en los procesos físicos reales. Así que no es necesario que
ninguna frontera sea físicamente distinguible
cuando se efectúan
análisis
termodinámicos. Sin embargo, es extremadamente importante establecer claramente
las fronteras de un sistema antes de emprender cualquier clase de análisis.
El análisis de los procesos termodinámicos incluye el estudio de las transferencias
de masa y energía a través de las fronteras de un sistema. Un sistema abierto es
aquel en el que tanto la masa como la energía pueden atravesar las fronteras
elegidas
Un sistema cerrado o una masa de control es un sistema en el que la masa no
atraviesa frontera. Aunque la capacidad de materia es fija en un sistema cerrado. La
energía puede atravesar sus fronteras. También puede cambiar
química de la materia dentro de las fronteras. Cuando ni la masa
la composición
ni la energía
atraviesan la frontera, el sistema se conoce como sistema aislado.
Un sistema puede contener varias fases dentro de su frontera. Una fase es una
cantidad de materia homogénea en cuanto a su estructura física y a su composición
química. Una estructura física homogénea requiere que la sustancia sea toda gas,
35
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
toda líquida o toda sólida. Los sistemas pueden constar de dos fases, como la
liquida y la gaseosa, de modo que las dos fases estén separadas por una frontera
interna entre fases. La homogeneidad en composición química, por otra parte, no
exige una única especie química. Las mezclas de gases, como el aire atmosférico,
se considera que constituyen una única
fase, al igual que las disoluciones de
líquidos miscibles bajo ciertas condiciones.
2.3.2 Propiedad termodinámica
Una propiedad es una característica de un sistema, y su valor es independiente de
la historia del sistema. Con frecuencia el valor de una propiedad es directamente
mensurable. En otros casos, se define
una propiedad como combinación
matemática de otras propiedades. Un tercer tipo de propiedad incluye a aquellas
definidas mediante las leyes de la termodinámica. Ejemplos de propiedades son la
presión, la temperatura, la masa, el volumen, la densidad, la conductividad eléctrica,
la velocidad del sonido y el coeficiente de dilatación térmica. El valor
de una
propiedad es único y esta fijado por la condición del sistema en el momento de la
medida. Nótese que los valores de las propiedades
llevan asociadas unas
dimensiones. Además, los valores numéricos de las propiedades dependen del
conjunto de unidades utilizado.
Las propiedades se clasifican en extensivas o intensivas. Considérese un sistema
dividido arbitrariamente
en un conjunto
de subsistemas. Una propiedad
es
extensiva si su valor para todo el sistema es la suma de los valores de los distintos
subsistemas o partes. El volumen V, la energía E y la cantidad de carga eléctrica Q
son ejemplos de propiedades extensivas, las propiedades intensivas tienen valores
independientes del tamaño o de la cantidad de masa del sistema. Las propiedades
intensivas tienen un valor en un punto. Si se divide
arbitrariamente un sistema
monofásico en equilibrio en n partes, el valor de una propiedad intensiva
36
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
determinada será el mismo en cada uno de los n subsistemas. Así, las propiedades
intensivas tienen el mismo valor en cualquier parte de un sistema en equilibrio. La
temperatura, la presión, la densidad, la velocidad y la concentración química son
ejemplos de propiedades intensivas.
2.3.3 Estado termodinámico
El estado de un sistema es la condición del sistema descrita por el valor de sus
propiedades. Con frecuencia, el estado de un sistema se puede especificar mediante
o identificar por los valores de unas pocas de sus propiedades únicamente. Los
valores del resto de las propiedades se pueden determinar a partir de los valores de
esas pocas empleadas para especificar el estado.
Las propiedades solo están definidas cuando un sistema se encuentra en equilibrio.
Por este motivo, el estudio de la termodinámica clásica hace énfasis en los estados
de equilibrio y en los cambios desde un estado de equilibrio hasta otro. En un
sistema aislado en equilibrio, el estado macroscopio del sistema no cambia con el
tiempo. Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico si no es capaz de
experimentar un cambio finito, espontáneo, hasta otro estado sin un cambio finito del
estado de su medio ambiente. Por tanto un sistema en equilibrio estable no puede
cambiar su estado sin una interacción con su medio ambiente. Entre las muchas
clases de equilibrio se encuentran el equilibrio térmico, el mecánico, el de fases y
el químico. El equilibrio térmico requiere que la temperatura sea uniforme en todo el
sistema. En ausencia
de un efecto gravitatorio, el equilibrio mecánico implica
igualdad de fuerzas en todos los puntos. El equilibrio de fases hace referencia a la
ausencia de cualquier transferencia neta de una o mas especies químicas de una
fase a otra en un sistema multifásico. Una mezcla de sustancias se encuentra en
equilibrio químico si
no hay tendencia neta a que tenga lugar ninguna reacción
química. Para que se cumpla la condición de equilibrio termodinámico deben estar
presentes todas estas formas de equilibrio.
37
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
2.3.4 Leyes de la Termodinámica
Primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica, también conocida como principio de
conservación de la energía, expresa que en el curso de un proceso, la energía no se
puede crear ni destruir; solo puede cambiar las formas. Por lo tanto, toda pequeña
cantidad de energía debe tomarse en cuenta en el curso de un proceso. El principio
de conservación de la energía (o balance de energía) para cualquier sistema que
pasa por cualquier proceso se puede expresar como sigue:
El cambio neto (aumento o disminución) en la energía total de un sistema en el curso
de un proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía
total que sale en el desarrollo de ese proceso. Es decir,
Energía total
Energía total
que entra en el
-
que sale del
Sistema
Cambio en la
=
energía total
Sistema
del sistema
Dado que la energía se puede transferir hacia un sistema, o hacia fuera de este, por
medio de calor, trabajo y flujo de masa, y que la energía total de un sistema simple
compresible consta de las energías interna, cinética y potencial, el balance
de
energía para cualquier sistema que pasa por cualquier proceso se puede expresar
como
E ent – E sal
=
Transferencia neta de
Energía por calor, trabajo
y masa.
∆ E sistema
Cambio en las energías
interna, cinética,
Potencial, etc.
38
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
O bien, en la forma de razones, como
Ė ent – Ė sal
=
Velocidad de la transferencia
d E sistema / dt
Velocidad del Cambio en las
neta de energía por calor,
energías interna, cinética,
trabajo y masa.
potencial, etc.
La energía es una propiedad y el valor de una propiedad no cambia a menos que
cambie el estado del sistema. Por lo tanto, el cambio en la energía de un sistema es
cero (∆E sistema = 0 ) si el estado de ese sistema no cambia durante el proceso,
entonces el proceso es estacionario. En este caso, el balance de energía se reduce
a:
Ė ent
Calor
Trabajo
Masa
Ė sal
Sistema
estacionario
Calor
Trabajo
Masa
Ė ent = Ė sal
En operación estable, la velocidad de transferencia de energía hacia un sistema es
igual a la velocidad de transferencia de energía hacia fuera de ese sistema.
En ausencia de efectos significativos eléctricos, magnéticos, de movimiento,
gravitatorios y de tensión superficial (es decir para sistemas compresibles simples
39
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
estacionarios), el cambio en la energía total de un sistema durante un proceso es
sencillamente el cambio en su energía interna, es decir, ∆ E sistema = ∆ U sistema.
En el análisis de la transferencia de calor, es usual tener interés únicamente en las
formas de energía que se pueden transferir como resultado de una diferencia de
temperatura: es decir, el calor o energía térmica. En casos resulta conveniente
escribir un balance de calor y tratar la conversión de la energía nuclear, química,
mecánica y eléctrica hacia energía térmica como generación de calor (Cengel, 2007:
11).
La segunda ley de la termodinámica
Es bien sabido que no todas las formas de la energía son igualmente eficaces en
cuanto a su transformación en trabajo mecánico. Por ejemplo, la rotación de un
motor o el desplazamiento de un pistón son formas de energía de alto nivel de
calidad, ya que pueden transformarse casi íntegramente en calor. Sin embargo, la
experiencia de muestra que solo una parte de la energía que se manifiesta como
calor puede transformarse
en trabajo. Esto es, aunque existe una equivalencia
exacta entre todas las formas de energía, no presentan la misma eficiencia para
obtener trabajo. Dicho de otra manera, aunque existe equivalencia entre ellas, ello
no implica que la transformabilidad sea también equivalente (Cengel, 2007).
El calor es la forma menos eficaz en este proceso, por eso, la transformación de
otras formas de energía en calor constituye, de hecho, una degradación de la
energía. Aun más, mientras menor sea la temperatura del depósito del cual provenga
la energía calorífica, menos eficaz resultara en su transformación a cualquier otra
forma, según hemos establecido en la siguiente ecuación:
1 + qb / qa = 1 – Tb / Ta
40
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
La tercera ley de la termodinámica
En 1923 G. N. Lewis y M. Randall establecieron el primer postulado satisfactorio de
la termodinámica:
“Si la entropía de cada elemento en algún estado cristalino se toma como cero, en el
cero absoluto de temperatura, cada sustancia tiene una entropía absoluta finita y
positiva; pero en el cero absoluto de temperatura la entropía puede ser cero, y así
ocurre en el caso de sustancias cristalinas perfectas”
Desde luego, este enunciado implica que, si el estado cristalino no es perfecto, a la
entropía no puede asignársele un valor nulo, ya que la imperfección cristalina
causara cierto grado de desorden en el cristal con lo que la entropía tendrá cierto
valor positivo (Cengel, 2007).
2.4 Transferencia de Calor
2.4.1 Mecanismos de transferencia de calor
Calor es la forma de energía que se puede transferir de un sistema a otro como
resultado de la diferencia de temperatura. Un análisis termodinámico se interesa en
la cantidad de transferencia de calor conforme un sistema pasa por un proceso, de
un estado
de equilibrio a otro. La ciencia que trata de la determinación de las
razones de esas transferencias de energía es la transferencia de calor. La
transferencia de energía como calor siempre produce del medio que tiene la
temperatura mas elevada hacia el de temperatura mas baja, y la transferencia de
calor se detiene cuando los dos medios alcanzan la misma temperatura.
El calor se puede transferir en tres modos diferentes: conducción, convección y
radiación. Todos los modos de transferencia de calor requieren la existencia de una
diferencia de temperatura y todos ellos ocurren del medio que posee la temperatura
41
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
mas elevada hacia uno de temperatura mas baja. Enseguida se da una breve
descripción de cada modo (Cengel, 2007: 17).
2.4.2 Conducción
La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de
una sustancia hacia las adyacentes menos energéticas, como resultado de
interacciones entre esas partículas. La conducción puede tener lugar en los sólidos,
líquidos o gases. En los gases y líquidos la conducción se debe a las colisiones y a
la difusión de las moléculas durante su movimiento aleatorio. En los sólidos se debe
a la combinación de las vibraciones de las moléculas en una retícula y al transporte
de energía por parte de los electrones libres. Por ejemplo, llegara el momento en que
una bebida enlatada
ambiente
fría en un cuarto calido se caliente hasta la temperatura
como resultado de la transferencia de calor por conducción del cuarto
hacia la bebida, a través del aluminio.
La rapidez o razón de la conducción de calor a través de un medio depende de la
configuración geométrica de este, su espesor y el material de que este hecho, así
como de la diferencia de temperatura a través de el. Se sabe que al envolver un
tanque de agua caliente con fibra de vidrio (un material aislante) se reduce la razón
de la perdida de calor de ese tanque. Entre mas grueso sea el aislamiento, menor
será la perdida de calor. También se conoce que un tanque de agua caliente perderá
calor a mayor rapidez cuando se baja la temperatura del cuarto en donde se aloja.
Además, entre mas grande sea el tanque, mayor será el área superficial y, por
consiguiente, la razón de la perdida de calor.
La razón conducción de calor a través de una capa plana es proporcional a la
diferencia de temperatura a través de esta y al área de transferencia de calor, pero
es inversamente proporcional al espesor de esa capa; es decir,
42
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Razón de conducción del calor = (Área) (Diferencia de temperatura)
Espesor
O bien,
Qcond = kA
T1T2 = -kA ∆T
∆x
∆T
Ec. 1A
En donde la constante de proporcionalidad k es la conductividad térmica del material,
que es una medida de la capacidad de un material para conducir calor. En el caso
limite de ∆x → 0, la ecuación que acaba de dares se reduce a la forma diferencial.
Qcond = -kA ∆T
∆T
La cual se llama ley de Fourier de la conducción del calor, honor de J. Fourier, quien
la expreso por primera vez en su texto sobre transferencia de calor en 1822. aqui,
dT/dx es el gradiente de temperatura, el cual es el pendiente de la curva de
temperatura en un diagrama T-x (la razón de cambio de T con respecto a x ). La
relación antes dada indica que la razón de conducción del calor en una dirección es
proporcional al gradiente de temperatura en esa dirección.
El calor es conducido en la dirección de la temperatura decreciente y el gradiente
de temperatura se vuelve negativo cuando esta última decrece al crecer x. El signo
negativo en la ecuación anterior
garantiza que la transferencia de calor en la
dirección x positiva sea una cantidad positiva .
El área
A de transferencia de calor siempre es normal (o perpendicular) a la
dirección de esa transferencia.
Conductividad Térmica
43
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Los diferentes materiales almacenan calor en forma diferente y se ha definido la
propiedad de calor específico Cp como una medida de la capacidad de un material
para almacenar energía térmica. Por ejemplo, Cp = 4. 18 kJ/kg . ºC , para el agua, y
Cp = 0.45 kJ/kg . ºC , para el hierro, a la temperatura ambiente, indica que el agua
puede almacenar casi 10 veces mas energía que el hierro por unidad de masa.
Del mismo modo, la conductividad térmica k es una medida de la capacidad de una
material para conducir calor. Por ejemplo, k= 0.607 W/m . ºC, para el agua y k= 80.2
W/m . ºC, para el hierro, a la temperatura ambiente, indica que el hierro conduce el
calor más de 100 veces más rápido que el agua. Por tanto, se dice que el agua es
mala conductora de calor en relación con el hierro, aun cuando el agua es un medio
excelente para almacenar energía térmica.
La ecuación 1 A
para la razón de la transferencia de calor por conducción, en
condiciones estacionarias, también se puede concebir como la ecuación
de
definición para la conductividad térmica. Por tanto, la conductividad térmica de un
material se puede definir como la razón de transferencia de calor a través de un
espesor unitario
del material
por unidad de área por unidad de diferencia de
temperatura.
La
conductividad térmica
de un material
es una medida de la capacidad del
material para conducir calor. Un valor elevado para la conductividad térmica indica
que el material es un buen conductor del calor y un valor bajo indica que es un mal
conductor o que es un aislante. En la siguiente tabla 1 se dan las conductividades
térmicas de algunos materiales comunes
a la temperatura ambiente. La
conductividad térmica del cobre puro a la temperatura ambiente es k = 401 W/m ºC,
lo cual indica que una pared de cobre de 1 m de espesor conducirá el calor a razón
de 401 W por m2 de área por ºC de diferencia de temperatura a través de ella. Note
44
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
que los materiales como el cobre y la plata, que son buenos conductores eléctricos,
también lo son del calor y tienen valores elevados de conductividad térmica.
Tabla 1. Conductividades térmicas de algunos materiales a la temperatura ambiente. Material
k, W/m ºC
Diamante
2300
Plata
429
Cobre
401
Oro
317
Aluminio
237
Hierro
80.2
Mercurio (1)
8.54
Vidrio
0.78
Ladrillo
0.72
Agua (l)
0.607
Piel humana
0.37
Madera (roble)
0.17
Helio (g)
0.152
Cauc ho suave
0.13
Fibra de vidrio
0.043
Aire (g)
0.026
Uret ano, espuma rígida
0.026
Fuente: Cengel, 2007
2.4.2 Convección
La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie solida y el
líquido o gas adyacentes que están en movimiento y comprende los efectos
combinados de la conducción y el movimiento de fluidos. Entre más rápido es el
movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por convección. En
ausencia de cualquier movimiento masivo del fluido, la transferencia de calor entre
una superficie solida y el fluido adyacente es por conducción pura. La presencia de
movimiento masivo del fluido acrecienta la transferencia de calor entre la superficie
45
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
solida y el fluido, pero también complica la determinación de las razones de esa
transferencia.
La convección recibe el nombre de convección forzada si el fluido es forzado a fluir
sobre la superficie mediante medios externos como un ventilador, una bomba o el
viento. Como contraste, se dice que es convección natural (o libre) si el movimiento
del fluido
es causado
por las fuerzas de empuje que son inducidas por las
diferencias de densidad debidas a la variación de la temperatura en ese fluido.
Ejemplo de convección
Los procesos de transferencia de calor que comprenden cambio de fase de un
fluido también se consideran como convección a causa del movimiento de ese
fluido inducido durante el proceso, como la elevación de las burbujas de vapor
durante la ebullición o la caída de las gotitas de líquido durante la condensación.
A pesar de la complejidad de la convección, se observa
que la rapidez de la
transferencia de calor por convección es proporcional a la diferencia de temperatura
y se expresa en forma conveniente por la ley de Newton del enfriamiento como
´Qconv = hAs (Ts -T∞)
En donde h es el coeficiente de transferencia de calor por convección, en W/m 2. °C o
Btu/h.ft2. °F, As es el área superficial a través de la cual tiene lugar la transferencia de
calor por convección, Ts es la temperatura de la superficie y T∞ es la temperatura
del fluido suficientemente alejado de esta superficie. Note que en la superficie la
temperatura del fluido es igual a la del solido.
El coeficiente de transferencia de calor por convección h no es una propiedad del
fluido. Es un parámetro que se determina en forma experimental y cuyo valor
46
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
depende de todas las variables que influyen sobre la convección, como la
configuración geométrica de la superficie, la naturaleza del movimiento del fluido, las
propiedades de este y la velocidad masiva del mismo. En la tabla 2 se dan los
valores típicos de h.
Tabla 2. Valores típicos del coeficiente de transferencia de calor por convección.
Tipo de Convección
H, W/m2. °C
Convección libre de gases
2- 25
Convección libre de líquidos
10- 1000
Convección forzada de gases
25- 250
Convección forzada de líquidos
50- 20 000
Ebullición y Condensación
2 500- 100 000
Multiplíquese por 0.176 para convertir a Btu/h. ft2. °F.
Fuente: Cengel, 2007
Algunos no consideran a la convección como un mecanismo
fundamental de
transferencia del calor ya que, en esencia, es conducción de calor en presencia de
un movimiento de fluido. Pero todavía se necesita dar un nombre a este fenómeno
combinado, a menos que se desee seguir refiriéndose a el como “conducción con
movimiento de fluido”. Por tanto, resulta práctico reconocer a la convección como un
mecanismo separado de transferencia del calor, a pesar de los argumentos validos
en contra (Cengel, 2007: 25).
2.4.3 Radiación
La radiación es la energía emitida por la
materia en forma de ondas
electromagnéticas (fotones) como resultado de los cambios en las configuraciones
electrónicas de los átomos o moléculas. A diferencia de la conducción y la
47
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
convección, la transferencia de calor por radiación no requiere la presencia de un
medio interventor. De hecho, la transferencia de calor por radiación es la forma más
rápida (a la velocidad de la luz) y no sufre atenuación en un vacio. Esta es la manera
en la que la energía del sol llega a la Tierra.
En los estudios de transferencia de calor es de interés la radiación térmica, que es la
forma de radiación emitida por los cuerpos debido a su temperatura. Es diferente de
las otras formas de radiación, como los rayos x, los rayos gama, las microondas, las
ondas de radio y de televisión, que no están relacionadas con la temperatura. Todos
los cuerpos a una temperatura arriba del cero absoluto emiten radiación térmica.
La radiación es un fenómeno volumétrico y todos los sólidos, líquidos y gases
emiten, absorben o transmiten radiación en diversos grados. Sin embargo la
radiación suele considerarse como un fenómeno superficial para los sólidos que son
opacos a la radiación térmica, como los metales, la madera y las rocas, ya que las
radiaciones emitidas por las regiones interiores de un material de ese tipo nunca
pueden llegar a la superficie, y la radiación incide sobre esos cuerpos
suele
absorberse en unas cuantas micras hacia adentro de dichos sólidos.
La razón máxima de la radiación que se puede emitir desde una superficie a una
temperatura termodinámica Ts (en K o R) es expresada
por la ley de Stefan-
Boltzmann como:
Qemitida. máx.= δ As T4s
Donde δ = 5,67 x 10-8 W/m2. K4, o bien o.1714 x 10-8 Btu/h.ft2.R4 es la constante de
Stefan-Boltzmann. La superficie idealizada que emite radiación a esta razón máxima
se llama cuerpo negro. La radiación emitida por todas las superficies reales es
menor que la emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura y se expresa
como:
Qemitida.= ε δ As T4s
48
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
En donde ε es la emisividad de la superficie. La emisividad cuyo valor esta en el
intervalo 0 ≤ ε ≥ 1, es una medida de cuan próxima esta una superficie de ser un
cuerpo negro, para el cual ε = 1.
Otra importante propiedad relativa a la radiación de una superficie es su absortividad
α, la cual es la fracción de la energía de radiación incidente sobre una superficie que
es absorbida por esta. Como la emisividad, su valor esta en el intervalo 0 ≤ α ≥ 1.
Un cuerpo negro absorbe toda la radiación incidente sobre el. Es decir, un cuerpo
negro es un absorbente perfecto (α =1) del mismo modo que es un emisor perfecto
(Cengel, 2007: 27).
“El 1% de inspiración es tan crítico para
comenzar un negocio como lo es el 99% de
transpiración que el empresario invierte para
convertir en realidad su inspiración”
Adaptado de Thomas Alba Edison
49
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
CAPITULO 3.
CULTURA EMPRESARIAL RURAL
¿QUÉ HEMOS APRENDIDO DE LAS EMPRESAS?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
SENTIDO COMÚN
LIDERAZGO NATURAL, COMPETITIVIDAD
CONSTANCIA, TRABAJO, ESFUERZO
EL CLIENTE COMO NECESIDAD
IDEA/PERSONA EN LA QUE CREER
ENTORNO FAVORABLE
SUERTE
Fuente: Innovación y gestión del conocimiento, Roberto Carballo
En el siguiente capitulo tratan temas como: cultura empresarial, sus efectos en la
vida cotidiana, educación empresarial etc. Por otra parte una comparación entre una
educación tradicional y una educación empresarial. Definiciones de innovación,
invención y creatividad que facilitan la comprensión de las 19 estrategias de Mario
Borghino también presentadas en este capitulo. Además un texto muy importante en
la cultura empresarial: el diamante de Porter, así como su relación con el Gobierno.
50
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
CAPITULO 3
La cultura empresarial
La cultura es la programación mental colectiva de una comunidad en un entorno
específico, y representa el conjunto de valores, creencias, convicciones e ideas que
la comunidad ha adquirido a lo largo de sus experiencias vitales.
Allan Gibbs define la cultura empresarial como “el conjunto de valores, creencias y
actitudes que refuerzan la convicción de la validez del esfuerzo independiente como
medio de éxito y autosatisfacción”.
Esta cultura empresarial se manifiesta en todas las facetas de la vida humana y, a su
vez, permite que algunos eventos empresariales, no necesariamente con sentido de
negocio, se den.
La cultura empresarial les permite a muchas personas, ser empresarios aun sin te ner
negocios con finalidad económica y por eso es posible ser y actuar como
empresarios en los sectores cívicos, religiosos, culturales filosóficos, políticos,
científicos, educativos, igual que en los sectores económicamente productivos. Por
eso el concepto de espíritu empresarial, es algo básico en toda sociedad, algo que
debe llegar a todos los miembros de la comunidad para darles la capacidad de
manifestarlo en diversos aspectos (Varela, 2001: 348-349).
Como el foco central de este texto son los negocios productivos, se continuara
analizando la cultura empresarial en su aplicación particular a los negocios, pero
debe quedar claro que estas aplicaciones pueden hacerse a otras aéreas
empresariales con relativa facilidad y, por otro lado, que una vez adquirida la cultura
51
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
empresarial, sean foco de negocio o con foco cívico, es fácil par el poseedor hacer
transito a los otros sectores.
Allan Gibbs plantea que la cultura empresarial en el área de negocios tiene cinco
componentes fundamentales:
1. La existencia de numerosas personas vinculadas a la vida empresarial que
pueden servir de modelos para ser imitados y superados por las nuevas
generaciones.
2. La existencia de oportunidades de trabajo, en empresas exitosas.
3. La existencia de oportunidades, de practicar las diversas tareas y adquirir los
conocimientos fundamentales del manejo administrativo de una empresa
exitosa.
4. La
existencia
de
oportunidades,
para
desarrollar
las
características
empresariales y sentir el refuerzo positivo de la sociedad a sus logros.
5. La existencia de oportunidades, especialmente para los jóvenes de construir
redes de personas conocidas que le den el refuerzo necesario para acometer
la tares de ser empresario
El sistema de desarrollo de una cultura empresarial
Todos los enunciados y cifras presentados hasta ahora pretenden demostrar lo que
de pronto es evidente: la importancia que el proceso de generación y crecimiento de
nuevas empresas tiene en el desarrollo económico y social.
Si un país o una región incrementa significativamente el numero de empresas y logra
no solo que muchas de ellas se mantengan sino que bastante de ellas crezcan, y
este proceso es continuado, el numero de oportunidades de empleo y de bienestar
para esa comunidad crecerá. La pregunta siguiente es: ¿Qué se requiere para que
aparezcan nuevas empresas? Dos cosas son fundamentales:
52
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
*Primera: la aparición de nuevos empresarios o sea personas que sepan cuando,
como, donde, y con que empezar nuevas empresas con potencial de crecimiento,
personas capaces de llevar una carrera empresarial y de equilibrar sus objetivos
personales con los objetivos de la sociedad, personas creativas e innovadoras,
capaces de enfrentar las variaciones del ambiente económico y social.
Los empresarios son seres humanos y, por tanto, el proceso de producción de
empresarios así, como lo indican las figura 9 y 10, una serie de procesos formativos,
educativos y de capacitación. Aquí surge una gran oportunidad y una gran
responsabilidad para el sector educativo.
*Segunda: el desarrollo de una circunstancias favorables al proceso. Haciendo símil
con el proceso agrícola no es solo tener buena semilla sino que se necesita terreno
abonado. Por ello es fundamental que exista una serie de entidades de apoyo que
faciliten al empresario su labor, por ejemplo: mecanismos de incubación, parques
tecnológicos, zonas francas, programas de asesoría pre y pos creación, grupos
profesionales especializados, líneas de financiación, fondos de garantías, capitales
de riesgo, capitales semillas, grupos de inversionistas y de ángeles, tramites
sencillos, incentivos fiscales., políticas laborales, etcétera.
Estas circunstancias deben darse en un entorno adecuado que tanto el sector
público como el privado tienen que desarrollar. La formulación de políticas nacionales
en lo macro y en lo micro, el marco legal, la infraestructura, y las condiciones de
acción del empresario son factores fundamentales.
Las figuras 9 y 10 muestran que todos los grupos sociales tienen responsabilidades y
trabajos importantes que cumplir, cuando se trata de hacer este cambio cultural.
El ordenamiento de los elementos de desarrollo es, entonces, diferente del
ordenamiento tradicional de la economía. En esta nueva visión, los factores de
desarrollo pueden reunirse en la figura 10 y es básico entender el papel prioritario de
53
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
ese ser humano que aquí hemos llamado empresario, con sus conocimientos,
habilidades y competencias especificas para poder actuar en el mercado, basado en
las circunstancias que el ambiente le plantea (Varela, 2001: 45).
Fig. 9 Sistema Cultural Empresarial
Empresario
Ser humano
Empresa
Circunstancia
Ambiente
Fuente: Elaboración propia en base a Varela, 2001.
Fig.10 Información Técnica y de Negocios
Valores y
actitudes
empresariales
Conocimiento,
destreza
empresarial
Información
técnica y de
negocios
Conexiones
empresariales
54
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
SER HUMANO
EMPRESARIO
Empresa
Ambiente
CIRCUNSTANCIAS
Tramitación;
incentivos
Política
nacional
Infraestructura
adecuada
Marco legal
Profesionales
especializados
Líneas de financiación
fondos de garantía
Capital semilla;
capital de riesgo
Programas de
apoyo
Fuente: Varela, 2001: 47
Fig. 11 Factores de Desarrollo
55
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Tecnología
Recursos
Naturales
Empresario
Información
Capital
Mano de obra
capacitada
Fuente: Varela, 2001:48
Educación empresarial
Esta nueva educación, llamada en el mundo educación empresarial, ha hecho su
entrada en muchos países, tanto a nivel universitario y secundario como a nivel
primario.
Esta variación del foco educativo, que infortunadamente todavía no es compartida
por la totalidad de las instituciones educativas del continente, es la base para
producir los cambios estructurales que la cultura latinoamericana requiere para poder
enfrentar efectivamente los retos del desarrollo y la solución real de las necesidades
mas apremiantes de estos pueblos.
56
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Ya no existen dudas sobre si se debe o no enseñar espíritu empresarial , ni si son
formables o no las características empresariales, pero quedan todavía dudas
significativas sobre cual debe ser el proceso educacional que se debe seguir para
poder producir esa mentalidad, ese espíritu empresarial, esa cultura , es decir, esa
fuerza vital, esa capacidad de realización, ese deseo de superación y progreso, esa
habilidad creadora e innovadora, esa facilidad de administración de recursos, ese
coraje para enfrentar situaciones inciertas, esa actitud mental que los orienta
positivamente al éxito, esa aceptación del cambio, esa convicción de confianza en
sus facultades, esa capacidad para integrar muchos hecho y circunstancias, esa
capacidad para tomar decisiones con información incompleta y todas las otras
características , valores, habilidades, destrezas propias al espíritu empresarial que a
lo largo de todos los capítulos anteriores se han mencionado.
En educación empresarial no puede cometerse el error craso cometido en la
educación tradicional de trasladar olímpicamente las ideas, métodos, conceptos,
teorías y herramientas desarrollados para culturas diferentes a la local, sin analizar la
época aplicabilidad o aceptabilidad de ellas en nuestra cultura y sin hacer las
posibles educaciones culturales.
La educación empresarial, como cualquier otra educación, tiene que darse en un
marco cultural específico y en un medio ambiente real. Estas condiciones de entrada
del sistema, establecen las restricciones al formular el proceso educativo y las
variables que deben modificarse para poder lograr los resultados buscados.
La idea básica detrás de una educación empresarial es poder desarrollar en el largo
plazo más y mejores empresarios de los que en el pasado han aparecido en América
Latina, sin el esfuerzo ni el influjo del sistema educativo. El objetivo tiene que ser que
estos nuevos empresarios, beneficiarios de una educación empresarial, sabrán mejor
cuando, como, donde, con quien y con que empezar sus nuevos negocios, como
proseguir sus carreras empresariales, como maximizar sus objetivos empresariales,
no solo para su beneficio personal, sino también con
una concepción de
57
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
responsabilidad social que permitirá que los miembros de la sociedad reciban
participaciones de las habilidades especiales de estos empresarios ( Varela, 2001:
328-329).
Cuadro 2.- Reconversión Educativa
Reconversión Educativa
Educación Tradicional
Educación Empresarial
Producir ejecutivos, funcionarios,
Producir lideres empresariales
burócratas
Orientada a todo tipo de
Orientada a organizaciones
organización
grandes
Orientada a todas las edades de
Orientada a organizaciones
las organizaciones
antiguas
Promover la creación de
Favorecer organizaciones
organizaciones
establecidas
Producir lideres e innovadores
Producir adeptos y seguidores
independientes
independientes
Dar conocimientos y virtudes
Dar conocimientos
humanas
Orientado al empleo
Orientada al trabajo
Personas que buscan seguridad
Personas capaces de correr
Personas que consumen empleos
riesgos
Personas que son parte del
Personas que producen empleo,
problema
riqueza, y satisfacción.
Generar tripulación y conductores
Personas que son parte de la
con rutas definidas sin riesgo.
solución.
Personas capaces de crear sus
rutas y correr riesgos moderados
Fuente: Varela, 2001:329
58
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Creatividad-invención-innovación
Existen diferencias importantes entre creatividad, invención e innovación, y es
conveniente dilucidarlas antes de continuar el desarrollo de estos conceptos en el
ambiente de trabajo: el proceso de creación de empresas.
La creatividad es la capacidad de lograr generar una idea útil y original. Es el
momento fulgurante en el cual a través del proceso creativo el ser humano encuentra
una nueva línea de acción que puede ser universalmente nueva o localmente nueva.
La invención se relaciona con e l desarrollo y con la materialización de una idea
creativa universalmente nueva en un prototipo, en un modelo, en un concepto, en
una idea. Es volver realidad el acto creativo, es materializarlo.
La innovación que opera sobre actos creativos en general, inventos o no, es el
proceso mediante el cual esos prototipos o modelos o conceptos o ideas se integran
al mercado y se ofrecen como bienes adquiridos por los clientes. Es convertir una
idea en un negocio.
La creatividad es el sustento tanto de la invención como de la innovación, pero es
posible, y ocurre con mucha frecuencia, que algunas invenciones no se conviertan
nunca en innovaciones, pues no cumplen los principios de oportunidad y de
existencia de clientes con pedido, que las innovaciones requieren. Hay estudios que
demuestran como muchas de las patentes otorgadas nunca llegan a ser base de
negocios establecidos. La figura 12 muestra las relaciones existentes entre la
creatividad y la pràcticabilidad, asociadas a cuatro actividades humanas fácilmente
reconocibles.
La innovación que, según la teoría de Schumpeter, es la energía empresarial, se
caracteriza por los altos niveles de creatividad y de practicabilidad. La invención es
altamente creativa pero poco aplicable. La gerencia es sobre todo aplicabilidad pero
baja creatividad, y la burocracia es el nivel mas pobre de ambas.
59
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
La creatividad tiene en su base el pensamiento divergente, pues parte de la
búsqueda de múltiples formas de solucionar un problema de atender una necesidad,
o de desarrollar un concepto. Por definición, debe ser fluida, abundante, múltiple,
variada, etcétera.
La invención aunque parte, igual que la creatividad de un pensamiento divergente,
empieza luego a requerir la aplicación de un pensamiento convergente, para poder,
con métodos analíticos de evaluación, escoger la opción que ajuicio del inventor es la
mejor solución para el problema, la necesidad o el concepto.
La innovación, además de los pensamientos divergentes y convergentes ya
planteados, exige un conocimiento del mercado, una mentalidad práctica y una
orientación empresarial que permita llevar a cabo, en la realidad, el negocio
diseñado.
Todos los humanos somos creativos en alguna medida y en alguna actividad, pero
hay personas que manifiestan una mayor capacidad de éxito e n el mundo
empresarial.
Fig. 12 Relación entre creatividad y practicabilidad
Alta
Baja
C
R
E
A
T
I
V
I
D
A
D
INVENTOR
EMPRESARIO
BURÓCRATA
GERENTE
Baja
Alta
PRACTICABILIDAD
Fuente: Varela, 2001:121
60
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
3.2 Como Innovar en Microempresas Rurales
Innovar es elemental en todos los aspectos de la vida del hombre, ya que el mundo
es dinámico y no permite la inmovilidad.
En una microempresa industrial rural es recomendable innovar, producir con calidad
y satisfacer las necesidades del cliente para ser competitiva. Desde luego no se
aplican los modelos teóricos de innovación que inician con investigación básica, lo
recomendable para este tipo de empresas es desarrollar la innovación incremental,
precisamente en el producto y en el proceso.
En la innovación incremental se trabaja con la mejora continua se aplica el rescate
de tecnología tradicional y la tecnología adecuada ya que esta en armonía con las
características regionales, las costumbres y el medio ambiente y es generadora de
empleos.
En el medio rural se debe trabajar para crear un ambiente de innovación y difundir la
cultura empresarial, para ello es necesario conocer el proceso del cambio
tecnológico haciendo énfasis en el aprendizaje en todas las etapas.
La innovación es cambio. La empresa innovadora es la que cambia, evoluciona, la
que ofrece nuevos productos y adopta nuevos procesos de fabricación. Los
productos y procesos, así como la tecnología tienen un ciclo de vida que procede de
tres aspectos fundamentales:
1. El progreso técnico
2. La internacionalización de la economía
3. La desmasificación de los mercados
La obra de Pere Escorsa incluye una serie de definiciones de innovación
provenientes de otros autores. El autor señala que para André Piatier “la innovación
es una idea transformada en algo vendido o usado”, Francois Chesnais resalta la
importancia de la actividad innovadora en los siguientes términos: “La actividad
61
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
innovadora constituye efectivamente, con el capital humano (trabajo calificado), uno
de los principales factores que determinan las ventajas comparativas de las
economías industriales avanzadas”.
En pocas palabras la innovación es una idea, novedosa que tiene aplicabilidad en el
sistema productivo y que además tiene que ser comerciable.
Las razones por las que se innova son: para defender o incrementar una posición en
el mercado y para buscar ventajas competitivas. Si se quiere llegar a tener un lugar
importante en el mercado es importante no quedarse con lo ya conocido, ya que todo
cambia: los procesos de producción, la tecnología, las necesidades de nuestros
clientes, etc.
Las innovaciones en una empresa pueden ser:
• De productos: que se trata de la adquisición o asimilación de nuevas tecnologías
para mejorar o producir productos inexistentes.
• De procesos: que se trata de la adquisición o asimilación de nuevas tecnologías
para mejorar procesos ya existentes o para utilizar procesos que no existían en la
empresa.
El invento debe comercializarse para considerarse una innovación. El primero en
establecer esta distinción fue Schumpeter. Él destacó la decisión del empresario de
comercializar un invento como el paso decisivo para que el invento conduzca a una
innovación, y definió al empresario como el “innovador”, señala ndo la difícil tarea que
éste lleva a cabo.
El proceso de innovación también parte de la detección de una necesidad, y se
integra a la investigación y desarrollo, para la posterior transferencia de tecnología.
62
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Como todas las cosas, la innovación no surge de la nada, sino que lleva un proceso
previo el cual cuenta con seis etapas, primero parte de la detección de una
necesidad, después viene la formulación de una idea que satisfaga dicha necesidad,
a continuación se define el problema y se plantean y llevan acabo actividades que
lleven a la solución del problema y posteriormente al desarrollo de nuestro prototipo,
estas etapas se muestran en el cuadro.
Las ideas y los conceptos se generan en cada una de las etapas del proceso de
innovación. Este termina cuando las etapas culminan en la utilización y
comercialización de un nuevo producto o en el mejoramiento de un producto,
proceso o sistema.
También es recomendable hacer innovaciones en la organización, en la obtención de
nuevas materias primas y en abrir nue vos nichos de mercado (Ortiz, 2006).
3.3 Estrategias empresariales innovadoras (Mario Borghino)
Comentario sobre el autor
Mario Borghino es director general de la empresa Borghino Consultores, empresa
especializada en alta dirección. Se ha desempeñado como consultor de empresas
por más de 30 años, elaborando procesos de transformación, planeación estratégica
y liderazgo para las empresas más importantes en México, Centro America,
Sudamérica y España.
Realizo estudios en Relaciones Industriales, maestría en
Desarrollo organizacional y postgrado en Alta Dirección y Mercadotecnia Integral. Es
un destacado conferencista en temas de liderazgo, dirección de empresas y cambio
organizacional.
Estrategia No.1.-
Nichos de Oportunidad. Un nicho es una oportunidad del
mercado que tanto su empresa como sus competidores aun no han identificado. Es
un espacio no identificado. Es una necesidad potencial
no expresada por sus
63
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
clientes. Un nicho potencial es aquel donde se conjuntan una carencia que tienen los
clientes con una nueva tecnología o un modelo
de negocio que resuelve esa
carencia. Los clientes generalmente no asocian sus problemas o sus carencias con
la necesidad de un nuevo producto. Un cliente no tiene la información suficiente para
resolver dicho problema o para saber que tiene un problema que puede ser
solucionado. Sin embargo, lo expresa como una preocupación, una inconformidad,
un malestar, queja o deseo causado por el tipo de producto que consume
actualmente y la forma en que lo consume.
Fig. 13 Nichos de Oportunidad
CLIENTES
NO
CONOCEN
CONOCEN
C
O
M
P
E
T
E
N
C
I
A
??????????
OPORTUNIDAD
Preocupaciones.
Quejas….
Reclamos….
Sacrificio ….
Molestia….
Incomodidad….
Caro….
Difícil….
Complejo ….
NICHO
????????????
DEFENDER
DIFERENCIA
NOSOTROS
CONOCEMOS
NO CONOCEMOS
Fuente: Borghino, 2008:114
CONOCEN
Estrategia
No.2.-
Extensión de Productos. Este principio estratégico permite
expandirse hacia una gama de productos, sin salirse
de su negocio tradicional.
64
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Muchos ejecutivos que no ven este camino deciden incursionar en negocios
diferentes para poder incrementar sus ingresos. Con este modelo, usted podrá
expandir su mercado actual sin necesidad de salirse de su negocio.
El secreto es definir cual es el DNA que le permitirá identificar múltiples alternativas y
lo alejara de su atención sobre el producto y la necesidad que usted hoy c ubre con
su producto tradicional. Un ejemplo evidente ha sido la extensión del negocio de las
farmacias, en el que paulatinamente han ido desarrollando la extensión de su DNA,
de farmacias tradicionales hacia farmacias del ahorro, de bajo precio.
Estrategia No.3.- Creación de Conceptos. El secreto para crecer en la era de la
sobresaturación esta en el “Rediseño del negocio”. Esta es la llave mágica que nos
abre un nuevo sendero para evitar la confrontación ante un mercado saturado: las
empresas más exitosas han sido aquellas que han podido diseñar un CONCEPTO
detrás de los productos que venden. El concepto esta en la forma en que entregan,
en la forma en que atienden, en la forma en que distribuyen y en el ambiente que
crean alrededor de la compra del producto o servicio. Crean un halo alrededor del
producto que blinda su oferta de la guerra de precios. Su concepto atrae a la gente y
resulta atractivo a los consumidores.
Fig. 14 Creación de conceptos.

CIRCOS

CIRQUE DU SOLEIL MR.

CEFETERIAS

STARBUCKS MR.

CINES

CINEPOLIS MR.
TRADICIONALES

CINEMEX MR.
SUPERMERCADOS

WAL-MART MR.

Fuente: Elaboración Propia con base en Borghino, 2008
Estrategia No.4.- Negocios de bajo costo. El negocio de bajo costo ha sido una de
las estrategias que más han crecido en el mundo: empresas de aviación, hoteleras y
65
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
bancos han sido los que más han asimilado esta tendencia. En la banca se destaca
la labor de Muhammad Yunus, banquero de Bangladesh, quien gano el Premio Nobel
de la paz en 2006. El Gramen Bank (Banco Rural) tiene actualmente 6.5 millones de
clientes, de los cuales el 96% son mujeres. Su banco ha prestado 5 720 millones de
dólares y ha recaudado 5 700 millones. Muhammad ha comprendido que para la
población de bajos recursos, el capital mas importante es el crédito. Es lo único con
que cuentan para adquirir bienes. Podrán dejar de comer, pero protegen su crédito
para continuar adquiriendo los bienes básicos que no pueden adquirir con sus
ingresos. Sus créditos han beneficiado a 71 000 pueblos de Bangladesh. S u modelo
ha sido copiado en más de 100 países en el mundo, entre ellos México.
Estrategia No.5.- Llego el tiempo de emigrar. En los últimos 50 años, la
sobresaturación
de productos
agoto el modelo de crecer solo a través de la
exportación, ya que hay países con mano de obra y costos de infraestructura muy
bajos, que compiten agresivamente en el mundo. Esta desigualdad competitiva ha
hecho que muchos empresarios comprendieran que “El secreto es emigrar”. Varios
industriales del calzado han optado por tener sus fábricas en los países asiáticos y
desde
ahí exportar al mundo, incluso a México. La
industria textil también ha
optado por esta misma estrategia. La empresa Zara es uno de los cientos de casos
de empresas del mundo que quieren aprovechar los 0.48 centavos de dólar la hora
de mano de obra china.
Estrategia No.6.- Mercado cautivo. Existen muchas oportunidades de crecimiento
para las empresas que tienen a su cliente cautivo por horas. Compañías aéreas, por
ejemplo, tienen a sus clientes sentados por varias horas y aun no han podido
encontrar la manera ideal para hacer que el cliente compre mientras dura el vuelo.
Una empresa de Las Vegas está contemplando la posibilidad de poner los primeros
juegos de azar en los respaldos de los asientos de los aviones. Compañías de
camiones como ADO han incorporado tecnologías nuevas a sus camiones de
pasajeros, de tal forma que durante el viaje pueden ver películas (vía satelital) de alta
66
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
definición y usar sus computadoras e Internet. Así mismo pueden registrar a los
pasajeros que suben durante el trayecto, permitiendo a chofer cobrar el boleto.
Este modelo estratégico de venderle al cliente cautivo lo hemos visto aplicado por
muchísimos años, pero pocos empresarios lo han aplicado a sus propios negocios.
Estrategia No.7.-El nuevo lujo. Esta estrategia esta dirigida al segmento
de
mercado de buenos ingresos sin ser rico puede aspirar a ciertos productos de un
precio mas elevado, aunque no sean productos exclusivos para súper ricos. En este
segmento no encuentra usted un Roll Roice edición limitada o un Ferrari Testarossa.
No estamos hablando de ese nivel. El mercado del nuevo lujo fue un segmento del
negocio que antes era exclusivo de los grandes acaudalados, pero actualmente es
una inversión que la gente hace para si misma.
Los productos de nuevo lujo están dirigidos a aquellas personas que aceptan pagar
más por un producto que luzca distinto, que sea visiblemente diferente por su
tecnología, calidad, exclusividad o marca. La gente en este segmento espera pagar
más por un mejor producto, pero la calidad debe ser muy visible, algo que le
garantice imagen y distinción a la persona. Productos como Rolex son caros, pero
han logrado precios accesibles para un comprador de buenos ingresos. Aunque en
el fondo el nombre Rolex no le dará mejor la hora, si lo distinguirá. Los productos
para el segmento del nuevo lujo deben dar prestigio. Cuando uno se gasta su dinero
en algo caro, espera que sus amigos, compañeros de trabajo y vecinos sepan que lo
que tienen puesto es caro.
Estrategia No.8.- Sumarse a infraestructuras existentes. El objetivo de este
modelo es utilizar estructuras ya existentes y sumarse a ese negocio con el fin de
aprovechar la frecuencia de clientes que tienen esta infraestructura. Con este
modelo, las empresas ganan en tiempo, marketing y en desarrollo de infraestructura,
para atraer clientes a sus negocios. El cliente ya asiste a estos establecimientos, y
esto permite tener un mínimo de ventas asegurado.
67
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Por ejemplo, las gasolineras tienen clientes cautivos que llegan a la estación y
muchas tiendas, como Oxxo, AM/PM, se han incorporado a este negocio para
consumidores que pueden adquirir otra cosa además de la gasolina.
Los centros comerciales son otra infraestructura natural, donde el valor de la renta
esta determinado por la frecuencia de personas que tienen ese centro. Las
compañías automotrices los han utilizado con gran éxito, poniendo sus automóviles
en los pasillos del centro comercial.
Estrategia No. 9.- Modelo pull de creación de demanda
Algunas compañías han comenzado a pensar, forzadas por la saturación de los
mercados, en la existencia de un nicho que genere valor a través de la creación de
demanda en los clientes existentes. El objetivo es ampliar la relación con ellos
mejorando la cadena de valor para el cliente. Al ampliar esta relación con los
clientes, los beneficia y se beneficia usted con más ingresos y utilidades, además de
que los mantiene más satisfechos con su producto y servicio.
Significa que existe una gran oportunidad de crecimiento ayudando a los clientes a
mejorar sus costos, a ganar más dinero, a reducir desperdicios, tiempos muertos, y a
mejorar la aplicación de sus productos para que reduzcan sus costos de operación. A
menudo los beneficios provienen de ofrecer a los clientes la capacidad de reducir la
complejidad de sus procesos con nuestros productos, mejorando la aplicación y uso
de ellos.
Muchas empresas de Call Center han logrado ayudar a sus clientes no solo a
atender sus llamadas para sus ventas, sino también a lanzar sus productos, mejorar
sus cobranzas y manejar sus campañas de promoción.
Estrategia núm. 10.- Redefinición del concepto de negocio.
El concepto de
negocio es la esencia misma del negocio. Determina donde pondrá su esfuerzo, su
68
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
dinero y donde jugara todas sus cartas para el futuro de su negocio. Un error en esa
definición lo puede llevar al suicido o a un retroceso, que le costara mucho dinero y
esfuerzo retomar. Tal fue el caso de Disney de Chairman, que en la década de 2000
decidió definirse como una empresa que estaba en el negocio de los parques de
diversiones. Con esa idea en mente comenzó a construir en Los Ángeles California,
su primer parque de entretenimientos con muchos juegos de diversión, distinto del
tradicional de Disney .La sorpresa fue que al definir su negocio como un parque de
diversión, se enfrento con un nuevo competidor: Six Flags. ¿Quién es este nuevo
competidor de Disney? Es la cadena más grande del mundo en parques de
diversiones, con 21 parques en Estados Unidos y con parques en España, Francia y
México. Visitados por mas de 24 millones de personas al año y con mas de 33 000
empleados, cuenta con ingresos de 945 millones de dólares al año.
Estrategia No. 11.-Guerra de guerrillas
Algunas empresas han optado por aplicar esta estrategia, que en mercados
altamente saturado ofrecen una oportunidad de crecimiento significativo. Al igual que
el ejercito israelita se caracteriza por ser uno de os mejores ejércitos del mundo
gracias a que ha aplicado la técnica de revisión por zona, las empresas de ventas de
productos de consumo también han aplicado este modelo.
Empresas como Office Depot no solo tienen grandes tiendas, sino también poco a
poco han emigrado a tiendas en diversas colonias con la modalidad de Office Depot
Express, para atender directamente al cliente de la zona. Wal-Mart planea abrir
pequeños supermercados para consolidar zonas lejanas de sus grandes tiendas.
Las agencias automotrices han aplicado este modelo al abrir solo salas de exhibición
que son más económicas, centrando el área de servicio en grandes talleres.
Estrategia No. 12.- Productos cautivos
69
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Por años, hemos visto en empresas de alta tecnología aplicar estrategias de
productos que mantienen cautivo al cliente. No bien usted compra el producto ya ha
quedado cautivo. Por ejemplo, las compañías que fabrican elevadores para edificios
son un ejemplo de empresas que mantienen a sus clientes cautivos por el resto de
su vida con el mantenimiento preventivo del equipo. Los fabricantes de aviones han
entendido muy bien el negocio, a tal punto que rentan los aviones a las compañías
aéreas, pero los tienen cautivos con el mantenimiento.
La compañía Gillette constantemente esta lanzando nuevos rastrillos mas caros que
el anterior. El gran dinero lo hacen de la venta de las hojas de afeitar. Las
fotocopiadoras tienen su negocio en los consumibles y en su mantenimiento.
Estrategia No. 13.- Diferenciarse o morir. En el mundo de la sobresaturación, el
dilema es como diferenciarse entre el increíble aumento de ofertas de productos en
todos los sectores. Hoy, en el mundo, todos competimos con todos durante las 24
horas diarias y los 365 días del año. Si usted ignora la importancia de hacer una
nueva oferta llamativa que signifique en el ente del cliente algo único y distinto,
terminara haciendo un producto insípido y una estrategia sin personalidad, con la
cual nadie se identificara. Para diferenciarse en una mar de productos, es necesario
tener una propuesta única que llame la atención.
El autor Mikel Porter, de la Universidad de Harvard, identifica dos tipos de formas de
diferenciación en el mercado:
Líder diferenciador en el producto
Líder diferenciador en costos.
Estrategia No.- 14. Reingeniería en la distribución. Una estrategia que ha
comprobado tener mucho éxito en el mercado saturado ha sido aquella que ha
rediseñado su cadena de valor.
70
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Empresa como Dell Computer son un ejemplo muy claro de que es viable que una
planta pueda surtir directamente al consumidor. La tecnología de que disponemos
hoy en día permite este tipo de retos.
El objetivo de Dell fue lograr un ahorro en la distribución directa y transferirlo al
cliente. Su fundador Mikell Dell dice:
“La atención directa se ha transformado en la esencia de nuestra compañía y en la
única herramienta de nuestro crecimiento. Jamás venderemos a través de una rede
de distribución. Hemos comprendido que necesitamos buenos ciclos de tiempo para
crear una sólida cultura de costos. Logramos reducir de 35 días de inventario a 4
días, lo que nos ha permitido construir una computadora cada 30 minutos”.
Estrategia No. 15.- Networkmarketing. Este modelo estratégico de negocio
seguramente es muy conocido por usted, ya que tiene casi cien años. Pero en los
últimos 10 años ha tenido cambios y adaptaciones que han permitido crear enormes
corporaciones. Empresas como Jafra, Fuller; Avon, Yanbal, Mary Kay y muchas mas
tienen ejércitos de vendedores en las calles. Fuller tiene mas de 455 mil
comisionistas que salen diariamente a vender: Avon 500 mil vendedoras. Según la
Asociación Nacional de Ventas Directas, en México, 2 millones de personas
diariamente salen a ofrecer cosméticos, fragancias, ropa, cremas, joyería y productos
nutricionales. Sin embargo, existe una gran oportunidad de crecimiento, ya que estas
empresas solo atienden el 36% del mercado total. El resto lo atienden tiendas
departamentales.
Estrategia No. 16.- Crecimiento vertical. Muchas organizaciones han optado
también
por
aplicar
el
crecimiento
vertical
por
cliente
en
el
mercado.
Tradicionalmente la estrategia de mercado masivo había sido venderle a la mayor
cantidad de clientes, posibles en el mercado. Por años se aplico la comercialización
masiva, vendiendo un producto a la mayor cantidad de personas posibles. Este
modelo, que por años se aplico en un mercado en expansión en el que vivimos,
71
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
resulta ser una comercialización de expansión horizontal, para entender el mercado
en crecimiento de los años cincuenta y ochenta. El nuevo mercado mundial, saturado
de productos puso fin a la idea de considerar como prioridad la “participación”
Estrategia No. 17.- Ser el primero. En los años setentas los afamados
mercadólogos Al Ries y Jack Trout escribieron un libero titulado Positioning: The
Battle of Your Mind. Fue un libro de alto impacto en su momento, ya que nos hicieron
ver la importancia de posicionarse en la mente de los clientes.
Muchos empresarios han ganado con la idea de que si tienen un buen producto, ser
suficiente para seguir vendiendo. Lamentablemente hoy no es cierto. En cambio,
otros han optado por crear un concepto diferente para ser los primeros en el
mercado. De esta manera, crean un nuevo concepto de negocio y un nuevo
producto. Este principio nos indica que es mejor entrar primero en la mente del
consumidor que tratar de estar primero en el punto de venta. Incluso es mejor ser el
primero que tener el mejor producto. Es mas fácil recordar que el monte Everest es el
mas alto del mundo que saber el nombre del segundo mas alto.
Estrategia No. 18.- Long tail. La tecnología digital ha creado un nuevo mundo de
consumidores nunca visto, en el que las viejas reglas del mercado han quedado
cortas e inoperantes.
La tecnología digital disminuye los tiempos y las distancias, nos hace vivir en un
mundo cada día más pequeño. Las innovaciones comerciales son cada día mas
dependientes de una tecnología de la información, centradas en producir nuevos
canales de comunicación con prospectos y clientes a costos muy bajos con
información en tiempo real para el mercado masivo. Hoy, todos los jóvenes fanáticos
del mundo digital quieren hacerse ricos descubriendo un nuevo negocio, una mina de
oro en las cuevas de Internet. Estamos ante la nueva fiebre del oro digital, como lo
fue también el petróleo .El famoso oro negro hoy lo es la estrategia digital.
72
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Estrategia No. 19.- Visión financiera del negocio. Cada día observamos con
mayor afluencia como las organizaciones ven en sus negocios una perspectiva
financiera. Vemos como el mecanismo para alcanzar mayores ventas o para crear un
modelo de ingreso adicional a su cartera natural de clientes se sustenta en la visión
financiera.
Volkswagen, por ejemplo, ha abierto las puertas de la empresa VW. Bank, en
México. Ellos se visualizan como una banca de autos, por lo menos en el corto plazo.
Planean ofrecer también tarjetas de debito y de crédito. Con ello podrán proporcionar
un servicio adicional a sus compradores de autos, por lo menos en el corto plazo.
Planean ofrecer también tarjetas de debito y de crédito. Con ello podrán proporcionar
un servicio adicional a sus compradores de autos y también a los que no compren
autos, ya qué atenderán a todo tipo de clientes.
Mercedes Benz en México ya cuenta con una tarjeta de crédito para pagar sus
servicios y todo lo referente a las necesidades de su unidad (Borghino, 2008).
3.4 Diamante de Porter
Comentario sobre el autor
Michael Porter es un famoso profesor de negocios de Harvard. El introdujo el
concepto
de cluster y ventaja competitiva después de haber conducido un
exhaustivo estudio en 10 países para entender lo que conduce al éxito. Porter cree y
propone que las teorías clásicas estándart en las ventajas competitivas son
inadecuadas (o incluso incorrectas). De esta manera, según Porter, un país llega a
tener ventajas competitivas si sus firmas y empresas son competitivas. Las empresas
se vuelven competitivas a través de la innovación. La innovación puede incluir
mejoras técnicas al producto o al proceso de producción, y esto se logra formando
clusters.
73
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
El Diamante de Porter – Cuatro Determinantes de la Ventaja Competitiva
Nacional
Porter identifica cuatro avanzados factores interrelacionados que forman un diamante
y que son fundamentales para alcanzar la ventaja competitiva y que son
fundamentales para alcanzar la ventaja competitiva de una nación, de una región o
de un área local. Estos factores se pueden influenciar de una manera pro-activa por
el gobierno en las compañías que participan de estos clusters.
1.- Condición de los factores. La posición del país en cuanto a factores de
producción, como mano de obra especializada o infraestructura, necesarios para
competir en determinada industria. Al contrario de la sabiduría convencional, Porter
discute que los factores “dominantes” de la producción (o los factores especializados)
son creados, y no heredados. Los factores especializados de la producción son
trabajo experto, capital e infraestructura. Los factores “No claves” o los factores de
uso general, tales como trabajo inexperto y materias primas, los puede obtener
cualquier compañía, y por lo tanto no generan ventaja competitiva sostenida. Sin
embargo, los factores especializados implican una fuerte y constante inversión, son
más difíciles de copiar. Esto crea una ventaja competitiva, porque si otras firmas no
pueden fácilmente copiar estos factores, estos se vuelven valiosos.
Suiza fue el primer país en determinar escasez de mano de obra.
Abandonaron los relojes que requerían mano de obra intensiva y se
concentraron en relojes lujosos e innovadores.
El costo del espacio en Japón es elevado, así que el espacio en sus fábricas
deber ser reducido. Esto los llevo a las técnicas de inventario de “just-in-time”
(las firmas japonesas no pueden tener mucho inventario utilizando espacio,
así que para hacer frente al potencial de no tener producto terminado cuando
lo necesitaran, innovaron las técnicas de inventario tradicional ).
74
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Suecia tiene un corto periodo para construir y los costos de construcción son
elevados. Estos dos factores combinados crearon la necesidad de las casas
prefabricadas.
2.- Condición de la demanda. Es decir, el tipo de demanda nacional de los
productos o servicios de una industria. Si los clientes en una economía son muy
exigentes, la presión que se pone sobre la empresa será mayor y las obligara a
mejorar constantemente su competitividad vía
productos innovadores, de alta
calidad, etc.
3.-Industrias correlativas o coadyuvantes. La presencia o ausencia en el país de
industrias
proveedoras
e
industrias
correlacionadas
competitivas
a
nivel
internacional. La proximidad espacial de industrias ascendentes y descendentes
facilitará el intercambio de información y promoverá
un intercambio continuo de
ideas e innovaciones.
Clusters (Cadenas Productivas)
Un clusters es una agrupación de instituciones, empresas y organizaciones que
contribuyen al desarrollo de determinado sector.
Estos clusters
crecen en las ubicaciones en donde hay suficientes recursos y
capacidades; se amontonan y alcanzaran un umbral crítico, dándole una posición
dominante en una determinada actividad económica, con una decisiva y sostenible
ventaja competitiva sobre otros lugares, o aun logrando la supremacía mundial en
este campo. Porter dice que los clusters pueden influenciar la competitividad en tres
maneras:
Pueden aumentar la productividad de las compañías en el cluster.
Pueden conducir a la innovación en el campo de la actividad.
Pueden estimular nuevos negocios en el campo.
75
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Algunos ejemplos bien conocidos de Clusters en Estados Unidos son el Silicón
Valley (Computadoras) o Holliwood (Películas); En los países bajos / Rotterdam
(logística); en la India/ Bangalore (tercerización); de software; en Francia / Paris
(moda).
4.-Estrategia de la empresa, estructura y competencia (o rivalidad). Las
condiciones nacionales que rigen la creación, organización y administración de las
compañías y las modalidades de la competencia a nivel nacional. El mundo es
dominado por condiciones dinámicas. La competencia directa impulsa a las firmas a
trabajar para aumentar en productividad e innovación. Algunas estrategias de la
empresa se definen a continuación:
1.- La ventaja competitiva nace fundamentalmente del mejoramiento, de la
innovación y del cambio. Las empresas aventajan a sus rivales internacionales
porque caen en la cuenta de nuevos métodos para competir o encuentran nuevos y
mejores medios para luchar dentro de los antiguos lineamientos.
2.- La ventaja competitiva abarca todo el sistema de valores. El sistema de
valores es el conjunto de actividades que intervienen en la creación y uso de un
producto. El intercambio cercano y constante con los proveedores, los canales de
distribución y los compradores es parte integral del proceso que crea y mantiene la
ventaja. La ventaja competitiva a menudo proviene que se percibieron nuevas formas
de configurar y manejar todo el sistema de valores. Un buen ejemplo de lo anterior se
encuentra en la compañía italiana Benetton, dedicada a la industria del vestido. De
punta a punta del sistema de valores, Benetton diseño y recombinó actividades para
reducir al mínimo el inventario, asegurar una entrega expedita y poder de respuesta
rápida
a las corrientes de moda. Así,
manufacturan primeramente
por ejemplo, las prendas de ropa se
y solo después se tiñen para dar tiempo a que se
afirmen los gustos en materia de colores.
76
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
3.- La ventaja competitiva solo se sostiene con un mejoramiento incesante. Hay
pocas ventajas competitivas que no pueden imitarse. Las empresas coreanas han
igualado la habilidad de las japonesas para fabricar en serie para producir en serie
televisores ordinarios de color y videograbadoras. Hay compañías brasileñas con
tecnología y diseños comparables a los italianos en el ramo del calzado de cuero.
Sin embargo, competidores más dinámicos tarde o temprano dan con una forma de
esquivar estas ventajas cuando descubren una manera mejor o mas barata de
hacer las cosas. Por ejemplo, en el renglón de las
maquinas-herramienta las
empresas británicas y después las estadounidenses perdieron en un decenio
posiciones que databan de casi un siglo
cuando los competidores extranjeros
utilizaron la nueva tecnología computarizada.
4.- En última instancia, sostener la ventaja requiere de implantar estrategias de
enfoque internacional. Una empresa no puede conservar a la larga su ventaja
competitiva en medio de la competencia internacional
sin utilizar ni ampliar las
ventajas de su centro de operaciones mediante una estrategia de enfoque
internacional. Las compañías de la industria química alemana aprovechan grandes
redes de la producción extranjera y de la comercialización de alcance internacional
para dar mayor solidez a su liderazgo; otro tanto hacen las compañías farmacéuticas
suizas, las fábricas suecas de camiones y las empresas japonesas que producen
bienes de consumo electrónicos.
El papel del Gobierno en el Diamante de Porter
El papel del Gobierno en el Modelo del Diamante de Porter es actuar como un
catalizador y desafiador; es animar o aun empujar a las compañías para que
levanten sus inspiraciones y se muevan a
niveles más altos del desempeño
competitivo. Debe animar a las compañías
para que levanten su desempeño,
estimulen la demanda primaria por productos avanzados, se enfoquen
en la
77
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
creación de factores especializados; y estimular la rivalidad local limitando la
cooperación
directa, y haciendo cumplir las regulaciones anticompetitivas. Las
inversiones en el ramo educativo pueden cambiar la situación de los factores. Las
compras realizadas por el gobierno pueden estimular industrias correlacionadas y
que se ayudan mutuamente. Por lo demás, las políticas puestas en práctica sin
considerar como van a influir en todo el sistema de deter minantes, lo mismo pueden
socavar que fortalecer la ventaja nacional.
78
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
“Un científico construye para aprender; un
ingeniero aprende para construir.”
Fred Brooks
CAPITULO 4.
TECNOLOGÍA APROPIADA PARA SISTEMA DE
RIEGO
A continuación se presenta el diseño de un sistema hidráulico de un invernadero
hidropónico, el riego es por goteo, se analiza el tipo de material a utilizar, ventajas y
desventajas de utilizar la hidroponía en riego por goteo, las características de un
riego por goteo, especificaciones técnicas de hidráulica, calculo hidráulico para
determinar la potencia de la bomba, diámetro de tuberías, caudal que se requiere,
perdidas por fricción en tuberías etc.
79
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
CAPITULO 4.
TECNOLOGÍA APROPIADA PARA SISTEMA DE RIEGO
4.1 Diseño de un sistema de riego para el ahorro de agua
Para la producción de hortalizas en invernaderos, es indispensable contar con la
información necesaria, que permita entender los mecanismos y procesos para su
funcionamiento y de esta manera desarrollar prototipos tecnológicos que permitan
mejorar su desempeño y calidad.
Los invernaderos son estructuras rígidas que cumple la función de ser casas para
las plantas, las cuales les proporciona protección de las inclemencias del tiempo y
geografía del lugar. Inclemencias del clima como son: la lluvia, el viento, los
animales, las altas y bajas temperaturas etc., lo que significa que los cultivos bajo un
invernadero pueden desarrollarse en un ambiente protegido, el cual propicia una
mayor producción por planta.
El término hidropónico viene del griego “hidros” que significa agua y aplicado a los
invernaderos, quiere decir que el cultivo se realizará mediante sistemas hidráulicos,
en los que las plantas se desarrollarán bajo un sistema sin tierra en donde sólo se les
proporcionará el agua y nutrientes necesarios en sus raíces de manera controlada.
80
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Fig. 15 Invernadero Hidropónico
Principales ventajas de la hidroponía
No depende de los fenómenos meteorológicos.
Permite producir cosechas fuera de estación (temporada).
Se requiere mucho menor espacio y capital para una mayor producción.
Ahorro de agua
Ahorro de fertilizantes e insecticidas.
No se usa maquinaria agrícola (tractores, rastras, etc.).
Mayor limpieza e higiene en el manejo del cultivo, desde la siembra hasta la
cosecha.
Cultivo libre de parásitos, bacterias, hongos y contaminación.
Rápida recuperación de la inversión.
81
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Principales desventajas de la hidroponía
Alta inversión inicial, que es compensada por los altos volúmenes de
productos obtenidos.
Existen pocas personas con conocimiento en cultivos hidropónicos.
4.2 Consideraciones de diseño
Riego.- Es la actividad que consiste en suministrar agua y sales minerales o
nutrientes a las raíces de las plantas que se encuentran inmersas en el sustrato
inerte.
Para humedecer el sustrato existen varias formas de hacerlo: por aspersión, goteo o
subirrigación.
Para este trabajo se tomará el riego por goteo, por ser un sistema de riego con más
ahorro de agua.
Por goteo: la solución gotea en el sustrato inerte, en cada base de cada planta a una
frecuencia y periodo dados.
Los requisitos básicos para la adaptación de este
método de riego son las
siguientes:

Lograr una distribución uniforme del agua.

Permitir el uso de grandes gastos concentrados de agua para reducción de
perdidas de conducción y costos por longitud de la red y de la mano de obra.

Ser convenientes para su uso con estructuras económicas de conducción.

Facilitar agricultura mecanizada.
82
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
4.3 Selección del Material Utilizado
Se selecciono el material de PVC ya que es el más adecuado según las necesidades
que se requieren para el sistema de producción de hortalizas; un ejemplo de ello es
la higiene en los cultivos de alimentos.
Ventajas de utilizar el PVC

Buena resistencia mecánica y al impacto, lo que lo hace común e ideal para la
edificación y construcción.

Es estable e inerte por lo que se emplea extensivamente donde la higiene es
una prioridad.

Es un material altamente resistente, los productos de PVC pueden durar hasta
más de 20 años.

Rentable. Bajo costo de instalación y prácticamente costo nulo de
mantenimiento en su vida útil.

Al utilizar aditivos tales como estabilizantes, plastificantes entre otros, el PVC
puede transformarse en un material rígido o flexible, característica que le
permite ser usado en un gran número de aplicaciones
La instalación del sistema hidráulico es relativamente fácil, en comparación con
otros sistemas, ya que utilizan otro tipo de material como lo es el hierro, para ello
necesitan herramientas mas sofisticadas para
su manejo y colocación. Además
muchas veces la utilización de material de hierro en un tiempo muy corto de vida
comienzan a deteriorarse y ha producir corrosión y óxidos, que pueden afectar los
medios producción de alimentos.
83
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Es importante mencionar que toda la tubería y accesorios que se pueda utilizar son
elementos de trabajo muy comerciales, que pueden comprarse con facilidad, esto
ayudaría a solucionar cualquier problema; si lo llegara haber.
Tabla 3. Material y equipo para la instalación hidráulica. (Equipo comúnmente en el
mercado)
Símbolo
Conexión
Válvula de globo
Material para la instalación
Tubo PVC de ¾” para instalación de riego
Tubo PVC de 2” para instalación de riego
Conexiones
Tuerca unión
Niple
de
¾”
para
instalación
de
desagüe
Conexiones de
3/4” para
instalación de
desagüe
Macho
Arco con segueta
Pegamento para PVC
Unión T
Codo 90°
Lija
Cúter
Llave stilson
Cople y codo de
45°
Cruceta
Llave auto – ajustable
Cincel
Martillo
Tapón
Barreta
Cuchara de albañil.
84
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
4.4 Calculo hidráulico para un invernadero de 200 m 2
Problema:
Se requiere regar un invernadero de 10 x 20 m
el cual tendrá 8 líneas de
abastecimiento cada una con 194 plantas, cada planta requiere de 2 l / día se
realizaron 3 riegos al día con una duración de 8 min. Cada uno.
Datos:
-194 plantas / línea
-Consumo por planta 2 l.
-Distancia entre planta: 20 cm
-3 riegos al día.
-Duración de cada riego: 10 min.
-1 línea = 19.5 m
1.-Calculando los gpm
Si cada planta consume 2 l.
Fuente: Hidroponía fácil, Huter wal, G. O. 2007
194 litros x 2 = 388
l / línea
85
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
388 litros x 8 = 3 104 Lts.
Consumo total de Agua por día = 3 104 litros
Ahora lo dividimos en 3 riegos =
3104 litros
-------------- = 1034.6
3 riegos
litros/riego
1034.6 litros
-------------- = 103.5 litros / min.
10 min.
Caudal total por riego con duración de 10 min.
Qtotal = 103.5 litros / min.
Si 1 gal. ---------- 3.785 litros
X ---------- 103.5 litros
X = 27.34 gpm
X= 28 gpm
Q= 103.5 litros/ min. Conversion a m3 / s
103.5 lts
Q= ----------min.
1 min
---------- = 1.725 l/ s
60 s
86
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
1 m3
---------- = 1.725 x 10 -3 m 3 /s
1000 lts.
1.725 lts
Q= ------------s
Calculo del diámetro de tubería para la red Principal
Longitud Total = 13 m
Suponemos un diámetro de 1 plg.
Constante de PVC, K= 0.001mm
de tablas de hf por fricción (Mataix, 2007: 219).
K
Rugosidad relativa = ------- =
D
0.001 mm
---------------- = 3.937 x 10
25.4 mm
-5
Ahora:
Re =
VD
-------ν
4Q
V= ------- =
πD2
4 (1.725 x 10 -3 m3/s)
-------------------------- = 3.404 m/s
π (0.0254 m) 2
(3.404 m/s) (0.0254 m)
Re = ------------------------------------1 x 10 -6 m2 /s
Re = 86 470.00
Este numero de Reynolds significa que es un régimen laminar y
esta dentro del rango Re < 100 000. Y probablemente utilicemos el diámetro de 1”
para la tubería principal (Mataix, 2007: 216).
87
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Por el diagrama de Moody (Anexo F)
λ= 0.018
Comprobando con formula (Mataix, 2007: 216)
λ=
0.316
--------------Re ¼
0.316
= ------------------ = 0.018
(86 470 .00) ¼
L
Hrp = λ -----D
V2
------- = (0.018)
2g
(13 m)
(3.404 m/s) 2
---------------------------(0.0254 m)
2(9.81 m / s2)
Hrp = 5.44 m Esto representa demasiadas perdidas de la longitud total de tubería.
*Suponemos un diámetro de 2” para reducir las perdidas por tubería.
Longitud Total = 13 m
Suponemos un diámetro de 2 plg.
Constante de PVC, K= 0.001mm de tablas de hf por fricción (Mataix, 2007: 219).
K
Rugosidad relativa = ------- =
D
0.001 mm
---------------- = 1.9685 x 10 -5
50.8 mm
Ahora:
Re =
VD
-------ν
88
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
4Q
V= ------- =
πD2
4 (1.725 x 10 -3 m3/s)
-------------------------- = 0.8510 m/s
π (0.0508 m) 2
(0.8510 m/s) (0.0508 m)
Re = ------------------------------------1 x 10 -6 m2 /s
Re = 43 235.00
Este numero de Reynolds significa que es un régimen laminar y
esta dentro del rango Re < 100 000, por lo tanto podemos utilizar el diámetro de 2
plg., Para la tubería principal (Mataix, 2007: 216).
Por el diagrama de Moody (Anexo F).
λ= 0.021
Comprobando con formula
λ=
0.316
--------------Re ¼
0.316
= ------------------ = 0.021
(43 235 .00) ¼
L
Hrp = λ -----D
Hrp = 0.20
V2
------- = (0.021)
2g
(13 m)
--------------(0.0508 m)
m Esto representa menos del 5% de
(0.8510 m/s) 2
-------------2(9.81 m / s2)
perdidas por longitud total de
tubería.
Resultado: Diámetro obtenido = 2” para la línea principal de tubería de 13 m.
(Ver Anexo D)
89
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Calculando pérdidas en cada línea de abastecimiento con una longitud de 19.5
metros cada una.
Qtotal = 103.5 litros / min.
Q para cada línea = 103.5 litros / min. / 8 = 12.937 lts /min.
.
.
. Q = 0.2156 l/s
.
. . Q = 2.156 x 10
-4
m3/s
Longitud de tubería = 19.5 m
D= ½”
K de tablas de hf por fricción (Mataix, 2007: 219).
K
Rugosidad relativa = -------- =
D
0.001 mm
---------------- = 7.87 x 10-5
12.7 mm
VD
Re = -------ν
4Q
V= ------ =
πD
4 (2.156 x 10 -4 m3 /s)
-------------------------- =
π (0.0127 m) 2
V= 1.701 m/s
Re =
(1.701 m/s) (0.0127m)
---------------------------- = 21 615.13
1 x 10 -6 m2/s
90
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
0.316
0.316
λ = ----------- = ---------------- = 0. 026
Re ¼
21 615.13 ¼
λ= 0.026
L
Hrp = λ -----D
V2
------- = (0.026)
2g
(19.5 m)
--------------(0.0127 m)
(1.701 m/s) 2
-------------- =
2(9.81 m / s2)
Hrp= 5.88 Esto representa demasiadas perdidas de la longitud total de tubería.
Ahora suponemos un diámetro de 3/4"
K
Rugosidad relativa = -------- =
D
Re =
0.001 mm
---------------- = 5.249 x 10-5
19.05 mm
VD
-------ν
4Q
V= ------- =
πD
4 (2.156 x 10 -4 m3/s)
-------------------------- =
π ( 0.01905 m) 2
V= 0.756 m/s
(0.756 m/s) (0.01905m)
Re = ---------------------------- = 14 401.8
1 x 10 -6 m2/s
91
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
λ=
0.316
0.316
----------- = ---------------- = 0.028
Re ¼
14 401.8 ¼
λ= 0.028
L
Hrp = λ -----D
Hrp= 0.83m
V2
------- = (0.028)
2g
(19.5 m)
--------------(0.01905 m)
Esto representa menos del 5% de
(0.756 m/s) 2
-------------2(9.81 m / s2)
=
perdidas por longitud total de
tubería.
Resultado: Diámetro obtenido= ¾” para las líneas de riego de 19.5 m de largo
cada una.
Calculando las Pérdidas secundarias
Cantidad de accesorios hidráulicos para el sistema
Cantidad
Tes bridadas
7
Codos regulares 90º
6
Filtro-colador
1
Válvulas reguladoras de compuerta
2
92
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Hrs= ζ V2/ 2g ……. Ecuación general de pérdidas secundarias (Mataix, 2007)
V2/ 2g para 2 ” = 0.0369
*Pérdidas de Tes
Hrs= ζ V 2/ 2g
Hrs = (2.0) (0.0369) = 0. 0738
Hrs total= 7 (0.0738)= 0.5167 m
*Perdidas para codos regulares
Hrs= ζ V 2/ 2g
Hrs = (0.16) (0.0369) = 0. 0059
Hrs total= 6 (0.0059) = 0. 03542 m
*Perdidas para válvulas normalmente abiertas
Hrs= ζ V 2/ 2g
Hrs = (0.05) (0.0369) 2 = 0.00369
Hrs total= 0.00369 m
*Perdidas para un filtro-colador
Hrs= ζ V 2/ 2g
Hrs = (5) (0.0369) = 0.1845
Hrs total= 0.1845 m
Total de perdidas secundarias = 0.5167 + 0.0354 +0.00369 +0.1845 = 0.74 m
93
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Calculando la Carga Dinámica Total CDT
CDT= H succión + H descarga +Hrp totales + Hrs totales + V 2/ 2g + Pman
Pman= la presión en la salida es cero debido a que el agua sale a la superficie del
conducto cerrado.
Hdescarga = es cero debido a que la succión es horizontal, es decir una succión
positiva.
CDT = 0.20 m + (8) 0.83m + 0.74m + 0.0369m + 0.3 + 1m = 8.91
CDT= 8. 91 m = 29.24 ft
Calculando la potencia de la bomba
Q = 103.5 lts /min = 28 GPM
Sg para el agua = 1
Eficiencia = 0.75
BHP= (29.24 FT) (28 GPM) (1) / 3960 (0.75) = 0.3 HP.
Resultado: La bomba que se requiere para regar un invernadero de 200 m 2,
con 1552 plantas es de 1/5 HP.
Características del Motor:
Motor jaula de ardilla a prueba de polvo, goteo y explosiones
½ HP a 3500 RPM (para asegurar la uniformidad del caudal y mantener
una buena presión) Anexo E.
94
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
No es necesario hacer cosas extraordinarias; lo
extraordinario es hacer cosas bien hechas y
aplicables y útiles para otros, y posibles de
poner en práctica y hasta de ser copiadas en
otras instancias y poder así difundirlas.
Roberto Carballo
CAPITULO 5.
INNOVACIÓN INCREMENTAL PARA CALENTADOR
RURAL
Fig. 16 Calentador de Invernadero
El último capítulo muestra
Fig. 17 Prototipo Instalado
el diseño de un calentador de gas para invernadero
hidropónico, en donde se presentan temas como son: proceso de diseño,
consideraciones de diseño, sistemas de calefacción y el desarrollo del prototipo; en
donde se muestra paso a paso el armado y su ensamblado del mismo, además la
definición de cada uno de sus elementos así como su explicación técnica de cada
uno de ellos.
95
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
CAPITULO 5
INNOVACIÓN INCREMENTAL PARA CALENTADOR RURAL
Diseño de un calentador de gas para invernadero
5.1 Proceso de diseño
El diseño de ingeniería puede describirse como el proceso de aplicar diversas
técnicas y principios científicos con el objeto de definir un dispositivo, un proceso o
un sistema con suficiente detalle para permitir su realización y satisfacer una
necesidad.
El diseño, por lo tanto, es un ejercicio de la creatividad e innovación aplicadas en el
que se unen numerosas disciplinas y donde es innegable el papel fundamental que
juega la experiencia del diseñador, en nuestro caso un ingeniero.
Los ingenieros son esencialmente “solucionadores de problemas”. Esta actividad es
el objetivo de la ingeniería misma y, además de resolver problemas, elabora modelos
y trata de lograr la optimización de las soluciones.
La solución a un problema de ingeniería requiere una metodología o proceso.
Probablemente se encuentre tantos procesos de diseño como ingenieros existen. Se
presenta una metodología de diseño de cinco pasos asociado con los procesos de
diseño.
96
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Los cinco pasos utilizados para la solución de problemas de diseño son:
1. Definición del problema
2. Recolección de información.
3. Generación de múltiples soluciones
4. Análisis y selección de la solución
5. Fabricación y prueba de la solución
Fig.18 Proceso de diseño
Fuente: www.upc.edu.pe
97
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Definición del problema:
Generalmente un problema de diseño empieza como una idea vaga o abstracta.
Para iniciar la búsqueda de la solución el diseñador debe de tener una clara
definición del problema, que involucra una serie de pasos o procesos mientras
desarrolla el más completo entendimiento del problema. Entre estos pasos se
encuentra:
La identificación y establecimiento de la necesidad o los requerimientos del
cliente. Muchas veces los ingenieros no están involucrados en las
necesidades, ya que por ejemplo, en la industria privada son las fuerzas del
mercado las que establecen las necesidades y los requerimientos de nuevos
diseños.
Establecimiento de criterios de logro. Dichos criterios son las especificaciones
que la solución escogida deberá cumplir para que la operación sea
considerada exitosa. Estos criterios deberán incluirse en la declaración formal
del problema de diseño. Estos criterios no tienen que ser cuantitativos sino
podrán indicar una dirección del diseño; por ejemplo, la solución será de bajo
costo o que no cause polución ambiental o de bajo consumo eléctrico.
Recolección de información:
Es muy importante que antes de ir hacia delante con el proceso de diseño se recabe
toda la información posible relacionada al problema. El esfuerzo en el tiempo
invertido en buscar información es ampliamente recompensado en las etapas
posteriores del diseño. Muchas veces la información recogida puede revelar hechos
98
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
acerca del problema que puede generar su redefinición o descubrir errores o falsas
soluciones de otros diseñadores. Si el problema no responde a una nueva necesidad
algunas preguntas se podrían contestar en esta etapa como: ¿es el problema real y
su declaración formal exacta? o ¿el problema ya ha sido antes resuelto? o ¿se
solicita una nueva solución? o ¿cuántas compañías fabrican soluciones existentes? o
¿es correcta la forma que se planea solucionar el problema? o ¿qué otros factores
son relevantes para solucionar el problema? Actualmente existe abundante material
para investigar a través de enciclopedias científicas, manuales técnicos, catálogos
electrónicos, índices, libros, y por supuesto, la Internet.
Generación de múltiples soluciones:
El siguiente paso en el proceso de diseño empieza con la creatividad en generar
nuevas ideas de solución del problema. La creatividad es mucho más importante que
el uso de una aplicación sistemática de reglas y teorías para resolver un problema.
La combinación de nuevas ideas, herramientas, métodos para producir las
soluciones se denomina síntesis. Las soluciones pueden llegar sin previo aviso
mientras se trabaja un problema. Se le puede ocurrir en los momentos más
insospechados y soluciones brillantes pueden hasta ser escritas en una servilleta de
papel, como puede ocurrir en el diseño de circuitos analógicos o digitales. Las
competencias del ingeniero juegan un papel importante en esta etapa, porque no son
suficientes los conocimientos y habilidades, sino la actitud para enfrentar los
problemas. El ingeniero tiene que creer en sí mismo y estar plenamente convencido
de tener la creatividad y el esfuerzo necesario para ser un buen diseñador. De aquí
la importancia de la formación del ingeniero por competencias para el cumplimiento
de los estándares de acreditación relacionados con el diseño. Las ideas son
generadas más fácilmente cuando las personas involucradas se sienten libres de
tomar riesgos y errar porque, al final, no es tan importante errar sino darse cuenta en
dónde estuvo el error. Hay que tener presente que en esta etapa se pueden reunir
99
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
personas de diversas disciplinas para generar las soluciones, por lo que una
metodología de trabajo en equipo es muy importante.
Análisis y selección de la solución:
Las alternativas de solución al problema de diseño deben de ser analizadas para
después decidir la que mejor se adapte a la solución. El ingeniero debe aplicar el
conocimiento técnico a las soluciones propuestas y usar los resultados para decidir
cuál se debe de llevar a cabo.
Cada alternativa de solución debe ser estudiada, con los tipos de análisis adecuados
para cada solución, contrastando los resultados con los criterios definidos y
ponderados del paso 1.
Una posible lista de análisis que se puede considerar es:
a) Análisis funcional, para observar si la solución trabaja.
b) Análisis ergonómico, para observar cómo la solución interactúa con las personas.
c) Análisis mecánico, para observar el comportamiento térmico, bajo carga, efectos
de shocks o de vibración, etc.
d) Análisis eléctrico, como introducción de armónicos o efectos de interferencia
electromagnética para evitar poluciones eléctricas.
e) Análisis de la
seguridad del producto y responsabilidades legales, para
asegurarse que el producto no causará daño a las personas y tener claras las
responsabilidades legales y financieras por el mal funcionamiento del diseño.
100
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
f) Análisis económico y de mercado, para obtener una rentabilidad adecuada a la
inversión y el marketing apropiado.
g) Análisis del cumplimiento de las regulaciones, para evitar multas y denuncias ante
los organismos reguladores por el no cumplimiento de lo ofrecido por la solución.
Después de analizar las alternativas de solución se tiene que escoger la mejor. Se
tiene que diseñar una matriz de decisión para llegar a una cifra que especifica y
justifica la mejor decisión. Esta matriz contrasta los requerimientos de diseño
debidamente ponderados para obtener bases cuantitativas de selección.
Fabricación y prueba de la solución:
Esta es la fase final del proceso de diseño. Generalmente se desarrolla un prototipo
que consiste en la construcción total de la solución y se prueba bajo condiciones
reales de uso. Solamente cuando el prototipo cumple las especificaciones de la
solución, luego de un proceso de realimentación, la solución es llevada a la
producción real. Técnicas modernas como la “ingeniería concurrente” haciendo uso
de software CAD especializado permite la realización en paralelo de las diferentes
etapas de diseño ahorrándose tiempo de diseño y logrando tener una visión global
del proceso. La documentación es una importante actividad que permite el
entendimiento de la solución por otras personas y el fiel manejo de los procesos de
fabricación y pruebas. Si la solución es novedosa vale la pena patentarla para
preservar los derechos de autor.
Como se observa, el proceso de diseño es desafiante y rico en oportunidades y
como se mencionó anteriormente, base esencial de la ingeniería, uno de los
principales cimientos del desarrollo nacional.
101
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
5.2 Sistemas para mantener la temperatura dentro de un invernadero
Existen distintos sistemas para calentar y mantener la temperatura en el interior de
un invernadero, como son:
Empleo adecuado de los materiales de cubierta.
Hermetismo del invernadero, evitando pérdidas de calor.
Empleo de pantallas térmicas, cuyo uso permite mantener entre 2 y 4º C
más en el interior del invernadero, con el consiguiente ahorro de energía.
Dichas pantallas están justificadas en el caso de utilización de sistemas de
calefacción.
Capas dobles de polietileno o de polipropileno, que se pueden emplear
como pantalla térmica, para evitar condensaciones sobre cubierta, con el
inconveniente de pérdida de luminosidad en el interior. Se emplea mucho
en invernaderos sin calefacción.
Invernaderos más voluminosos que permiten mayor captación de la luz.
Sistemas de calefacción por agua caliente o por aire caliente.
Sistemas de calefacción
El calor cedido por la calefacción puede ser aportado al invernadero básicamente por
convección o por conducción. Por convección al calentar el aire del invernadero y por
conducción si
se
localiza
la distribución del calor a
nivel del cultivo.
Los diferentes sistemas de calefacción aérea o de convección más utilizados se
pueden clasificar en:
Tuberías aéreas de agua caliente
Generadores de aire caliente
102
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Generadores y distribución del aire en mangas de polietileno
Los sistemas de distribución de calor por conducción se basan en tuberías de agua
caliente, las diferencias entre ellos se encuentran en la temperatura del agua y su
localización:
Suelo a nivel de cultivo
Tuberías enterradas
Banquetas
Calefacción por aire caliente.
En este caso se emplea aire para elevar la temperatura de los invernaderos. La
calefacción por aire caliente consiste en hacer pasar aire a través de focos
caloríficos, flama (producto de la combustión) y luego impulsarlo dentro de la
atmósfera del invernadero. Existen dos sistemas
Generadores de combustión directa. Un ventilador lanza una corriente de
aire al interior de la cámara de combustión del generador, con lo que en su
salida el aire ya caliente arrastra consigo gases de la combustión, que
pueden crear problemas de fitotoxicidad debido a sus componentes
azufrados.
103
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Fig. 19 Generador de combustión directa
Generadores con intercambiador de calor. La corriente de aire no pasa
directamente a través de la cámara de combustión, sino que se calienta
atravesando una cámara de intercambio. Por otra parte, la cámara de
combustión elimina los gases que se producen en ella a través de una
chimenea.
Los generadores de aire caliente pueden instalarse dentro o fuera del invernadero. Si
están fuera el aire caliente se lleva hasta intercambiadores que están establecidos
dentro del invernadero. Cuando los generadores están colocados dentro del
invernadero, los ventiladores aspiran el aire del invernadero por una parte del
aparato, donde se calienta y es expulsado directamente a la atmósfera del
invernadero. También puede distribuirse por medio de tubos de plástico perforado,
que recorren en todas las direcciones el invernadero, especialmente
en su
estructura.
104
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Los sistemas de calefacción por aire caliente tienen la ventaja de su menor inversión
económica y mayor versatilidad al poder usarse como sistema de ventilación, con el
consiguiente beneficio para el control de enfermedades. Como inconveniente
principal puede citarse lo siguiente:
Su costo de funcionamiento es elevado. ( Gas y electricidad )
Se optó por construir un generador de aire caliente por tres principales razones:
Menor costo de inversión económica
Mayor versatilidad al poder usarse como sistema de ventilación
Fácil manejo de operación
5.3 Consideraciones de diseño
La temperatura
es el parámetro más importante en el ambiente dentro de un
invernadero, ya que es el que más influye en el crecimiento y desarrollo de las
plantas. La temperatura óptima para las plantas se encuentra entre los 10 y 20º C.
Para el manejo de la temperatura es importante conocer las necesidades y
limitaciones de la especie del cultivo. Así mismo se deben aclarar los siguientes
conceptos de temperaturas (conceptos de agronomía), q ue indican los valores a
tener en cuenta para el buen funcionamiento del cultivo y sus limitaciones:
Temperatura mínima letal. Aquella por debajo de la cual se producen daños
en la planta.
Temperaturas máximas y mínimas biológicas. Indican valores, por encima o
por debajo respectivamente del cual, no es posible que la planta alcance
una determinada fase vegetativa, como floración, fructificación, etc.
105
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Temperaturas nocturnas y diurnas. Indican los valores aconsejados para un
correcto desarrollo de la planta.
Cuadro 3. Temperaturas para algunos cultivos
Exigencias de temperatura para distintas especies
TOMATE PIMIENTO BERENJENA PEPINO MELÓN SANDÍA
Tª mínima letal
0-2
(-1)
0
(-1)
0-1
0
10-12
10-12
10-12
10-12
13-15
11-13
13-16
16-18
17-22
18-18
18-21
17-20
21-27
23-27
22-27
20-25
25-30
23-28
Tª máxima letal 33-38
33-35
43-53
31-35
33-37
33-37
Tª
mínima
biológica
Tª óptima
Tª
máxima
biológica
Fuente: http://www.infoagro.com
La temperatura en el interior del invernadero, va a estar en función de la radiación
solar, la misión principal del invernadero será la de acumular calor durante las
épocas invernales, para que el cultivo permanezca a
una temperatura favorable.
El calentamiento del invernadero se produce cuando la radiación del sol penetra en
su interior, sin embargo
gran cantidad de radiación es
cubierta de plástico. Esa porción de
reflejada gracias
a la
radiación es absorbida por las plantas, los
106
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
materiales de la estructura y el suelo. Como consecuencia de esta absorción, se
emite radiación hacia el exterior y hacia el interior, calentando el invernadero.
El calor se transmite en el interior del invernadero por irradiación, conducción,
infiltración y por convección, tanto calentando como enfriando. La conducción es
producida por el movimiento de calor a través de los materiales de cubierta del
invernadero. La convección tiene lugar por el movimiento del calor por las plantas, el
suelo y la estructura del invernadero. La infiltración se debe al intercambio de calor
del interior del invernadero y el aire frío del exterior a través de las juntas de la
estructura. La radiación, por el movimiento del calor a través del espacio
transparente.
Las altas y bajas temperaturas que se registran en la zona de estudio (zona de la
mixteca alta de Oaxaca), afectan de manera directa los cultivos dentro de los
invernaderos existentes en las comunidades.
5.4 Desarrollo del Prototipo
Construcción del circuito regulador de temperatura que mantendrá al invernadero
en un rango de temperatura (mínimo y un máximo).
Fig. 20. Control programable
107
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Fig. 21 Conexiones eléctricas del controlador
Armado del
ventilador, su función principal será circular el calor por todo el
invernadero mediante convección forzada.
Fig. 22 Ventilador del calentador
El ventilador se tuvo que sujetar muy bien para evitar desajustes y vibraciones por el
mismo.
108
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Fig.23. Soportes del ventilador
El ventilador se accionara o se detendrá automáticamente cuando la temperatura del
invernadero este entre los rangos de temperatura mínimo y máximo.
Fig.24. Protección del ventilador
Las rejillas evitaran tener un accidente cuando el prototipo este en funcionamiento
siendo mas fácil que el operario lo pueda manejar con tranquilidad y sin tener
demasiada precaución.
109
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Conductos de gas
En la fotografía siguiente se puede apreciar el conducto de gas, la cual estará
conectada a un tanque estacionario para el suministro de combustible.
Fig.25 Conductos de gas
Difusor cónico
Un difusor cónico es un dispositivo que se utiliza para distribuir un fluido que incide
sobre el mismo, en el espacio y en el tiempo.
El calentador de gas utiliza un difusor cónico en la zona de combustión, esto le ayuda
a distribuir uniformemente el calor por toda la atmosfera del invernadero. El difusor
ayuda a tener una combustión completa del combustible, aprovechando al máximo la
energía térmica.
110
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Fig.26 Difusor cónico
La bujía
automotriz conectada en el difusor, ayudara que encienda la flama por
medio de una chispa de corriente.
Fig. 27 Sistema de encendido
En la siguiente fotografía se muestra el transformador de corriente
automotriz. Su función es transformar la corrie nte alterna a
para la bujía
corriente continua,
posteriormente una bobina de tipo automotriz eleva el voltaje, para que la bujía
pueda dar la chispa. La bujía da la chispa por medio de dos electrodos que tiene al
111
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
final, una conectada negativamente (tierra) y la otra positivamente (corriente
continua).
Fig. 28 Transformador de corriente
La electroválvula es un dispositivo electro-mecánico que abre y cierra el paso de gas,
la cual funciona por medio de un control lógico. Se muestra a continuación.
Fig. 29. Electroválvula
112
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
El principio de funcionamiento es como la de un calentador de agua automático es
decir cuando la temperatura llega a un nivel mínimo
el calentador se activa
automáticamente y cuando llega a un punto máximo de temperatura el prototipo se
apaga (Ver Anexo A, B y C).
Prototipo terminado
El prototipo se logró armar gracias al equipo de trabajo que participó, en la fotografía
se puede apreciar claramente el prototipo mecánico.
Fig. 30 Prototipo terminado
113
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y
ELÉCTRICA
UNIDAD CULHUACAN
“MANUAL DE OPERACIÓN
PARA UN CALENTADOR DE GAS
PARA INVERNADERO FAMILIAR”
Introducción
La baja temperatura dentro de los invernaderos en invierno
baja a menos de diez grados, entonces las plantas pueden
morir, es por esto que es necesario un calentador que
utilice gas como combustible.
Temperatura dentro de los invernaderos
La temperatura en el interior del invernadero esta en
función del calor dentro de él, debido variables como: la
altitud, la época del año, las corrientes de viento y por su
puesto por la radiación solar. Generalmente, la
temperatura mínima para que las plantas no mueran
dentro del invernadero es de 10-15ºC, mientras que 30ºC
es la temperatura máxima
¿Cómo subir la temperatura en invernadero?



Ing. Fernando Elí Ortiz Hernández
Alumnos PIFI: Maris a Guadalupe Guerrero Caporal
Fernando Méndez Garc ía

Invernadero bien cerrado.
Cubierta de plástico térmico.
Empleo de doble techo limita el enfriamiento
nocturno. Forma una cámara de aire que amortigua
el enfriamiento durante la noche; durante el día no
hay diferencia en temperatura teniendo o no el
doble techo, pero sí disminuye la cantidad de luz.
Calefacción por aire caliente.
MEXICO, DF
114
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Partes del
calentador
de gas
Principio de funcionamiento. Se busca regular la temperatura del
invernadero con las siguient es especificaciones:
1. Un circuito regulador de temperatura que mantendrá del
o
o
invernadero entre los 10 C y 15 C.
2. Un
ventilador que se accionara o se detendrá
automáticamente cuando la temperat ura del invernadero este
entre los rangos de temperatura ant es mencionados.
3. Se activa/desactiva una electroválvula de gas dependiendo el
rango de temperatura, para encender la flama (funcionara
como un calentador de agua automático).
4. Existe una conexión a una bujía automotriz de la cual salt ara
una chis pa eléctrica, que inflamara el gas que ha sido liberado
por la electroválvula o un piloto (pequeña flama) que estará
prendido permanentemente.
5. El ventilador y la flama se mantendrán encendidos desde que
la temperatura llega al punto mínimo y se detendrá cuando
llegue al máximo.
El operario elige los rangos de temperat ura en que ha de estar
encendido el calentador, un control lógic o activa una electroválvula la
cual permite que el gas pas e libremente, el distribuidor de corriente
manda una corriente de alto amperaje a la bujía y esta inflama el gas,
la flama es dirigida por el difusor, un motor eléctrico es activado por el
control lógico y mueve un ventilador el cual induce calor al
invernadero. El movimiento natural del aire caliente sumado al
movimiento forzado por el ventilador permitirá la propagación del c alor
dentro del invernadero, lo que elevara gradualmente su temperat ura.
ESPECIFICA CIONES DEL MOTOR DEL CA LENTA DOR DE GAS
115
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Realización física del calentador de gas
D
E
A
F
B
G
C
A Estructura cilíndrica de lámina galvanizada
B Parrilla prot ectora
C Difus or para la flama
D
E
F
G
Válvula de paso
Conector que va al cilindro de gas.
Control de encendido y apagado
Transformador de corriente para la bujía
116
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
El diseño del sistema hidráulico presento algunas dificultades para su correcto
funcionamiento, debido principalmente a las caídas de presión en cada uno de los
orificios de desagüe para
cada planta. Por tal motivo se colocaron unos
compensadores de presión-caudal que garantizan la cantidad de agua necesaria para
cada planta en el mismo tiempo que los demás, sin los compensadores de presióncaudal seria difícil diseñar un sistema de riego, ya que las perdidas por presión
afectarían a las plantas que se encuentran al final del sistema, es decir no alcanzaría ha
llegar el agua hasta ese punto.
También es importante mencionar que en sistemas de hidráulicos, cuando la succión es
horizontal siempre es conveniente instalar una válvula check, con el objetivo de que la
bomba hidráulica no se quede sin fluido, para que no se dañe.
La elección de los materiales que se utilizaron, fueron las apropiadas (PVC), pero es
importante implementar cuidados a estos materiales, como son: buena colocación en el
ensamble, utilizar las herramientas correctas, registrar su vida útil, no exponer a
extremas temperaturas etc.
La instalación de este sistema hidráulico es relativamente fácil, en comparación con
otros sistemas, ya que utilizan otro tipo de material como lo es el hierro, para ello
necesitan
herramientas un poco mas sofisticadas para el su manejo y colocación.
Además muchas veces la utilización de material de hierro en un tiempo muy corto de
vida comienza a deteriorarse y ha producir corrosión y óxidos, que pueden afectar los
medios producción de alimentos.
En el caso del calentador de gas, fue diseñado para calentar un invernadero de 200 m2
por lo que su aplicación en otros invernaderos es favorable siempre y cuando el motor
del calentador no trabaje durante periodos muy largos de tiempo, es decir si se tiene un
invernadero de 1000m2, el calentador trabajara cinco
veces mas que su trabajo
standart, el calentador de gas puede funcionar para ese invernadero siempre y cuando
trabaje por periodos de tiempo hasta lograr la temperatura deseada, con el objetivo de
que el motor no trabaje a marchas forzadas.
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
El calentador es prácticamente y económicamente viable, por lo que las personas en el
ambiente de los invernaderos entenderán fácilmente su funcionamiento (manual de
operación), las partes mecánicas que integran el calentador son fácil de conseguir. Pero
se tiene un detalle, el controlador lógico, puede que no se ha reparada fácilmente por
las personas de la comunidad, por lo que se necesitaría un soporte técnico.
CONCLUSIONES
Se aplicó la tecnología apropiada y la innovación incremental para el diseño e
instalación de dos sistemas a la medida de las necesidades para invernaderos rurales,
donde se destaca el trabajo de campo la aplicación de conocimientos de ingeniería y
técnicos, se subraya el aprendizaje en comunidades
y se comprueba que los
resultados son modestos, sencillos y útiles.
El sistema hidráulico que se diseñó es muy económico, de fácil instalación y con
elementos de trabajo muy comerciales, se adapto a los requerimientos; debido a que
cumple con lo especificado del buen uso y ahorro de agua. Se le incorporó un venturí;
como un medio para mezclar los nutrientes (método hidropónico) con el agua. Es muy
económico por que utilizamos material de PVC para los tubos, codos, tes, y otros
elementos de trabajo, dicho material fue el mas adecuado según las necesidades que
se requieren para el sistema de producción; un ejemplo de ello es la higiene en los
cultivos de alimentos.
Es importante mencionar que toda la tubería utilizada y los accesorios son elementos de
trabajo comerciales, que pueden comprarse con facilidad, esto solucionaría cualquier
problema; cuando se presente.
El calentador de gas que se diseñó cubre con las necesidades descritas por las
personas que manejan invernaderos en la región de la mixteca alta de Oaxaca; por otra
parte, es importante mencionar que el calentador de gas cubre con las especificaciones
técnicas, para que pueda ser adquirido por personas en la región y puedan incorporarlo
a su invernadero familiar.
118
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Es importante mencionar que estas tecnologías
pueden ser adquiridas por las
personas, através de programas para el desarrollo de comunidades rurales que maneja
el sector gobierno. La función de dichos programas es impulsar el desarrollo social de
las comunidades rurales por Instituciones como: SAGARPA, SEDESOL, FP, IMJ, etc.
Se elaboró el manual correspondiente, el manejo del prototipo es muy sencillo, explica
de manera clara sus componentes que lo integran y la función de cada uno de ellos.
La participación con las personas de las comunidades rurales fue muy útil ya que se
impartieron: asistencias técnicas, divulgación de resultados, en el momento de
ensamble de cada prototipo se tuvo la necesidad de impartir cursos de soldadura,
eléctrica, inclusive se impartió un curso de afinación de automóviles, que la comunidad
solicitó y que sirve para integrar grupos de trabajo.
Se lograron los objetivos aplicando los conocimientos de ingeniería y se formaron
nuevas habilidades en quienes colaboran en el proyecto como el trabajo en equipo.
119
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
GLOSARIO
Altura geodésica
La altura geodésica hace referencia a la diferencia física real en
altura entre el nivel del líquido en el pozo y el punto más
elevado de la tubería de descarga o el nivel del agua a la
salida.
Altura piezométrica
Es la altura que marcaría un tubo piezométrico conectado
verticalmente en un punto de fluido. Dicha altura es equivalente
a la presión del fluido en el punto donde esta conectado el tubo
piezométrico.
Capa limite
En mecánica de fluidos, la capa límite o capa fronteriza de un
fluido es la zona donde el movimiento de éste es perturbado
por la presencia de un sólido con el que está en contacto. La
capa límite se entiende como aquella en la que la velocidad del
fluido respecto al sólido en movimiento varía desde cero hasta
el 99% de la velocidad de la corrie nte no perturbada.
Competitividad
Habilidad para lograr que los clientes prefieran un producto o
servicio, frente
a las diferentes alternativas propuestas por
otras empresas o la competencia.
Emisividad
El coeficiente de emisividad (ε), es un número adimensional
que relaciona la habilidad de un objeto real para irradiar
energía térmica, con la habilidad de irradiar si éste fuera un
cuerpo negro:
120
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Homogénea
Que
está
formado
por
elementos
con
una
serie
de
características comunes referidas a su clase o naturaleza que
permiten establecer entre ellos una relación de semejanza
Innovación
Es el elemento clave que explica la competitividad. Generación
de un bien o servicio que se i ntroduce al mercado obteniendo
ganancias.
Innovación
Es atreverse a mejorar continuamente los diseños de productos
incremental
y procesos de fabricación que sean aceptados por el mercado.
Pérdidas por fricción
A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro
dispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción que
hay entre el liquido y la pared de la tubería; tales energías traen
como resultado una disminución de la presión entre dos puntos
del sistema de flujo.
Riego por goteo
El riego por goteo, igualmente conocido bajo el nombre de
« riego gota a gota», es un método de irrigación utilizado en las
zonas áridas pues permite la utilización óptima de agua y
abonos.
Tecnología
Conjunto de conocimientos, métodos y procedimientos que
permiten combinar los recursos y capacidades en los procesos
121
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
productivos y organizativos para lograr que estos sean
eficientes.
Tecnología
Es la que está en armonía con las habilidades humanas, las
apropiada
necesidades locales y las tradiciones culturales de los pueblos.
Promueve la independencia y la responsabilidad porque
beneficia a la sociedad.
Turbina
Las turbinas son máquinas que desarrollan par y potencia en el
eje como resultado de la variación de la cantidad de
movimiento del fluido que pasa a través de ellas.
Viscosidad
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones
tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido
ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de
viscosidad, siendo
el
modelo
de
viscosidad
nula
una
aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones.
Clúster
Un cluster en el mundo industrial (o cluster industrial) es una
concentración de empresas relacionadas entre si, en una zona
geográfica relativamente definida, de modo de conformar en si
misma
un
polo
productivo
especializado
con
ventajas
competitivas.
122
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Bibliografía
A. Cengel, Yunus
2007
Transferencia de calor y masa. Un enfoque practico. Mc Graw Hill
3ra. Edición
Baptista, L. Pilar, Fernández C. Carlos, y Hernández Sampieri Roberto.
2001
Metodología de la Investigación. Mc Graw Hill. 2da. Edición. México.
Borghino, Mario
2008
Innovar o morir, como sobrevivir en mercados saturados, Primera edición,
Grijalbo, México.
C. Potter, Merle y C. Wiggert David
2002
Mecánica de fluidos. Thomson, 3ra. Edición. México.
D. Zimmerman Josef
1970
El riego, Compañía Editorial Continental, S. A., México
E. Shigley, Joseph y Mischke Charles R.
2002
Diseño en ingeniería mecánica. Mc Graw Hill. 6ta. Edición, México.
Enríquez Harper, Gilberto
1996
Manual de electricidad industrial II. Noriega Editores, Limusa, Colección
de textos politécnicos, México.
F. Smith, William
2004
Ciencia e ingeniería de materiales, Mc Graw Hill. 3ra. Edición. México.
Guerra Rodríguez, Diódoro
2005
Metodología para dinamizar los sistemas de innovación. IPN. México.
Howell F. y Huang Francis
1989
Ingeniería termodinámica. Editorial continental S.A. de C.V. 1era. Edición,
México.
L. Norton, Robert
2008
Diseño de maquinaria. Mc Graw Hill. 3ra. Edición, México.
123
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Mataix, Claudio
2007
Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas, Oxford University Press
México, S.A. de C.V. y Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V. 2da.
Edición, México.
Porter E., Michel
1991
La ventaja competitiva de las naciones, Ediciones Verlap S.A., Argentina.
R. Askeland, Donald
2004
Ciencia e ingeniería de los materiales, Thomson, 4ta Edición, México.
R. Howell, John
1990
Principios de termodinámica para ingeniería. Mc Graw Hill. 1era. Edición,
México.
Rizzoni, Giorgio
2008
Principios y aplicaciones de ingeniería eléctrica. Mc Graw Hill. 3era.
Edición. México.
Sánchez, Felipe y Escalante Edgardo
1988
Hidroponía, México, Patronato Universitario de la Universidad Autónoma
Chapingo.
Spotts, M.F.
2003
Proyecto de elementos de maquinas. Editorial Reverté, S. A. 2da. Edición,
España
Trueba Coronel, Samuel
1978
Hidráulica, C.E.C.S.A, Editorial continental S.A. México.
Urrestarazu, Miguel
2000
Manual de cultivo sin suelo, España, Mundi-Prensa,
Valera, D.L., Molina, F.D. y Gil, J.A
1999
Los invernaderos de Almería: Topología y mecanización del clima,
España, Instituto de Estudios Almerienses,
Varela, Rodrigo
2001
Innovación empresarial, arte y ciencia en la creación de empresas,
Prentice Hall, Segunda edición, Colombia.
Villalobos Ordaz, Gustavo
1999
Medición de flujo, placas de orificio, toberas de flujo y tubos venturí .
Limusa S.A. de C.V. 1era. Edición, México.
124
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
Fuentes de Internet
Altura geodésica, Ingeniería Hidráulica, desde la dirección electrónica:
http://cbs.grundfos.com/BGE_Spain/lexica/WW_Geodetic_head.html
Altura piezométrica, Ingeniería Mecánica y sus aplicaciones, desde la dirección
Electrónica:
http://bdigital.eafit.edu.co/bdigital/PROYECTO/P621.67S161/Glosario.pdf
Capa limite, Conceptos de Hidráulica, desde la dirección electrónica:
http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_l%C3%ADmite
Emisividad de un material, Termodinámica, desde la dirección electrónica:
http://es.wikipedia.org/wiki/Emisividad
Homogéneo, propiedades químicas, desde la dirección electrónica:
http://es.thefreedictionary.com/homog%C3%A9neoç
Proceso de diseño, Ingeniería mecánica, desde la dirección electrónica:
www.upc.edu.pe/electronica_telecomunicaciones...
Hidráulica de los canales abiertos. Ven Te Chow. 1982. Desde la dirección electrónica:
http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/control_climatico.ht
Diagrama de Moody, Ingeniería Hidráulica, desde la dirección electrónica:
http://people.msoe.edu/~tritt/be382/graphics/Moody.png
125
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
ANEXOS
ANEXO A Sistema de Rectificado de Señal
En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la
corriente alterna en corriente continua. Esto se reali za utilizando diodos rectificadores,
ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como
las de vapor de mercurio.
Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean,
se les clasifica en monofásicos, cua ndo están alimentados por una fase de la red
eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.
La fuente de alimentación simple con rectificador de doble onda con puente de
diodos (puente de Graetz):
Fuente: Elaboración a partir del programa workbench
126
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
ANEXO B Dispositivo generador de alto voltaje (Bobina)
La bobina esta compuesta de dos circuitos: circuito Primario "1”; y circuito Secundario
"2"; El circuito primario es un embobinado de aproximadamente 250 vueltas; el circuito
secundario es un embobinado de aproximadamente, 20,000 vueltas de alambre mas
delgado. Cuando la bobina tiene conectado los dos polos corriente (+) y (-). la corriente
fluye dentro del embobinado primario, produciéndose un fuerte campo magnético,
dentro del circuito, pero; cuando se corta la corriente, un colapso del campo magnético,
induce una corriente de alto voltaje, dentro del circuito secundario, este alto voltaje, es
el que sale por la torreta de la bobina, dirigiéndose a través de un cable hacia la bujía.
El voltaje que sale de la bobina entre 15 000 a 20 000 de CC., Capaz de hacer un arco
eléctrico en los electrodos de la bujía.
Fuente: www. mecatronica18099007.blogspot.com
127
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
ANEXO C. Construcción de las Bujías
Las bujías están construidas como se muestra en la ilustración. El aIto voltaje
procedente de la bobina es conducido a la terminal y pasado a través del electrodo
central y resistor, y luego genera chispas en la parte (A) en la ilustración. El resistor se
ha incluido para evitar el “ruido”,
generado por las chispas de alto voltaje. La
temperatura de trabajo normal de una bujía oscila entre 450 y 700 ºC.
Fuente: www.automotriz.net
128
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
ANEXO D. Planos hidráulicos
129
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
130
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
ANEXO E. Instalación, operación y mantenimiento de la bomba hidraúlica
Instalación
Las bases de las bombas deben ser rígidas.
Debe cimentarse la placa de asiento de la bomba.
Comprobar el alineamiento entre la bomba y su sistema de accionamiento.
Las tuberías no deben ejercer esfuerzos sobre la bomba.
Usar tuberías de diámetro amplio, especialmente en la succión.
Colocar válvulas de purga en los puntos elevados de la bomba y de las tuberías.
Disponer de un abastecimiento adecuado de agua fría.
Instalar medidores de flujo y manómetros adecuados.
Operación
No disminuirse nunca la succión de la bomba para disminuir el gasto o caudal.
La bomba no debe trabajar en seco.
No debe trabajarse una bomba con caudales excesivamente pequeños.
No debe tenerse cuidado con el goteo de las cajas de empaque (carcáza).
No debe utilizarse demasiado lubricante en los rodamientos (pudiera
contaminarse con el fluido).
Inspeccionar el sistema (según su uso).
Mantenimiento
Tener mucho cuidado en el desmontaje de la bomba
Es necesario un cuidado especial al examinar y reacondicionar los ajustes de
todo el sistema hidraúlico.
Limpiar completamente los conductos de agua de la carcáza.
Al iniciar una revisión total deben tenerse disponibles juntas nuevas.
Estudiar la erosión, la corrosión y los efectos de cavitación en los impulsores .
Revisar todas las partes montadas en el rotor.
Llevar un registro completo de las inspecciones y reparaciones
131
Tecnologías innovadoras para emprendedores de invernaderos rurales
ANEXO F. DIAGRAMA DE MOODY
132
Fly UP