NOVEDADES TECNOLÓGICAS PARA UNA POSCOSECHA DE PRECISIÓN

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1 NOVEDADES TECNOLÓGICAS PARA UNA POSCOSECHA DE PRECISIÓN Ricardo Bartosik, Diego de la Torre, Bernadette Abadía EEA INTA Balcarce Introducción El hombre comenzó a almacenar granos desde tiempos ancestrales, junto con el comienzo de la civilización. La primera evidencia de almacenamiento de granos data del 9500 ac, en el valle del río Jordan en oriente medio. El grano se almacenaba en los espacios que quedaban entre edificaciones precarias utilizadas como vivienda. Cerca del 8500 ac se registran indicios de almacenamiento de granos en el interior de las viviendas y, para el 7500 ac, ya se construían cuartos especiales para tal efecto. A partir de allí la tecnología del almacenamiento de granos evolucionó en diferentes partes del mundo. Desde cuevas cavadas en el suelo y roca a construcciones elevadas de madera, piedra o adobe fueron desarrolladas de acuerdo a los materiales disponibles y las condiciones climáticas del lugar. Los egipcios descubrieron los beneficios del almacenamiento en atmósferas modificadas sin conocer aún su modo de acción. Tanto griegos, romanos y persas, como culturas orientales y de la américa precolombina fueron perfeccionando y adaptando las técnicas antiguas de almacenamiento (Figura 1). El almacenamiento de granos constituía una de las bases del poderío económico de los tiempos antiguos. Figura 1. Izq. Imágenes de actividades rurales en el antiguo Egipto, incluyendo el almacenamiento de granos. Der. Arte griego del 800 ac que muestra un sistema de almacenamiento de granos. Los adelantos en materia de almacenamiento son lentos y los principios básicos de un buen almacenamiento permanecen vigentes desde tiempos inmemoriales: grano sano, seco, limpio y libre de plagas. Sin embargo, el desarrollo de la ingeniería y, en particular en los últimos tiempos, de la informática y las comunicaciones, abren espacio para innovaciones tecnológicas que se ajustan a las necesidades de la sociedad de los tiempos modernos:

2 mayor calidad, sanidad e inocuidad en los granos, menor impacto ambiental de las actividades humanas, menor consumo de energía, mayor seguridad para los trabajadores de la industria y disponibilidad de información al instante para tomar mejores decisiones son los aspectos destacados de las innovaciones tecnológicas de los últimos tiempos. El presente artículo recorre algunas de las innovaciones que potencialmente pueden tener un impacto en el sistema agroindustrial argentino en los próximos años. Balanzas extractoras La empresa Balanzas Hook ha desarrollado un sistema de pesado que se coloca en la vena de granos de una extractora (Figura 2, izq.). Este sistema permite tener una medida suficientemente precisa de la cantidad de mercadería que se extrae de un silobolsa. En un panel se muestran los kilogramos extraídos del silobolsa, acumula en memoria la cantidad de kilogramos extraídos del silobolsa, informa kilogramos por segundo que se extraen del silobolsa en tiempo real, permite ingresar una cantidad de kilogramos a cargar y advierte a través de una alarma cuando se está alcanzando la cantidad deseada (Figura 2, der.). Figura 2. Rosca de descarga de una extractora de granos mostrando la ubicación de la balanza de flujo en la boca de descarga y tablero de información de la mencionada balanza. La misma empresa desarrolló una línea de balanzas para tolvas autodescargables que también permiten controlar el movimiento de mercaderías (Figura 3). Figura 3. Diagrama de la balanza de una tolva autodescargable.

3 Monitoreo con CO 2 Silobolsas El INTA, junto con la empresa Silcheck, desarrollaron un novedoso sistema de monitoreo de las condiciones de almacenamiento de granos en silobolsa basado en la medición de CO 2. La concentración de CO 2 está relacionada a la actividad biológica, por lo que a mayor actividad biológica (hongos, insectos, granos en descomposición, etc) mayor concentración de CO 2. Cada bolsa a monitorear se identifica con una tarjeta de radio frecuencia (RFID), la cual se pega a la bolsa. El operario activa el medidor de CO 2 portátil con la tarjeta RFID y toma 10 mediciones de CO 2 cada 6 m a lo largo de la bolsa (Figura 4, izq.). Al finalizar la jornada el operario descarga los datos de CO 2 de todas las bolsas monitoreadas y las envía a través de internet a un servidor donde se procesa la información. En el servidor se comparan los valores de CO 2 medidos con valores referenciales y se conforma un índice de riesgo de almacenamiento. Si un determinado sector de la bolsa alcanza un riesgo elevado, entonces se manda un mensaje de alarma (vía SMS, , fax, etc) al dueño de la bolsa. A su vez, se genera un reporte que se puede revisar a través de la web (Figura 4, der.). Este sistema permite identificar de manera rápida y sencilla bolsas con riesgo de almacenamiento. Además, en una sola pantalla el dueño de las bolsas puede tener acceso a información adicional, tal como la ubicación geográfica de cada una de las bolsas, la cantidad de grano almacenada, la calidad del grano, etc, por lo que constituye una importante herramienta de logística. Figura 4. Izq. Equipo portátil de medición de CO 2 tomando una muestra de gas de una bolsa. Der. Pantalla de acceso al sistema de información con el detalle de las bolsas que están bajo monitoreo de un determinado usuario. Monitoreo con CO 2 Silos y Celdas Durante un proceso de descomposición de los granos se produce una intensa respiración, siendo los principales productos de la respiración, calor y CO 2. La termometría se basa en detectar el calor generado por la descomposición de los granos, mientras que otra alternativa sería medir la producción de CO 2.

4 En un desarrollo conjunto entre la Universidad de Purdue (EEUU) y la empresa BinTech se ha desarrollado un sistema de monitoreo de silos (BinSpector) en base a esta tecnología. El sensor de CO 2 se monta en el techo del silo, junto con una fuente de energía y un sistema de transmisión de datos (Figura 5). El sensor monitorea la concentración de CO 2 en el espacio aéreo del silo y detecta incrementos en la concentración del gas que evidencian actividad biológica en la masa de granos. Este sistema se puede monitorean de manera on-line resultando un excelente complemento a la medición por termometría. El INTA se encuentra en estos momentos desarrollando un equipo de monitoreo de silos y celdas mediante la medición con CO 2. Figura 5. Equipo de medición de CO 2 que se instala en la parte superior de un silo con el correspondiente panel solar, batería y equipo de comunicación remota. Monitoreo de humedad Los cables de temperatura son elementos tradicionales de cualquier sistema de almacenamiento de granos a nivel mundial. Estos sistemas permiten tener un mapa de la temperatura del grano en el interior de silos y celdas con el objeto de detectar focos de calentamiento y para monitorear el frente de avance de la aireación de granos. La empresa Canadiense OPI Systems desarrollo un sistema complementario en el que, en lugar de colocar sensores de temperatura se colocan sensores de humedad (Figura 6). Estos sensores miden la humedad relativa del aire intergranario y, mediante un algoritmo, se calcula la humedad del grano. Este sistema se integra al control de los ventiladores y permite manejar la aireación para acondicionar por humedad una determinada masa de granos. Figura 6. Cable con sensores de humedad relativa que se instalan en silos y celdas para monitorear la humedad del granos almacenado en diferentes estratos.

5 Monitoreo de plagas mediante luz láser La empresa OPI Systems desarrollo un sistema de trampas de insectos que tienen incorporado un dispositivo laser en el extremo. La trampa, simular a una trampa de caída o pitfall que se utiliza para monitorear insectos de manera manual, se inserta en la masa de granos. Los insectos cuando están activos tienen gran movilidad por lo que, en su deambular en la masa de granos, eventualmente caen en la trampa. Cuando el insecto cae interrumpe un haz de luz láser que registra el ingreso del insecto (Figura 7). A su vez, de acuerdo al tamaño del insecto, la interrupción del láser puede ser mayor o menor, por lo que también puede estimar el tipo de insecto atrapado. La información es transmitida a través de diferentes medios a un servidor y procesada. El usuario, dueño de la mercadería, puede acceder a la información y visualizar la evolución de la población de insectos en un determinado silo, como así también tener una estimación del tipo de insecto presente. Figura 7. Trampa de caída equipada con dispositivo laser para detección e identificación automática de insectos. Monitoreo de plagas mediante reconocimiento de imágenes Otra opción para el monitoreo y reconocimiento de plagas de granos almacenados es a través de sistemas de reconocimiento de imágenes. En este caso se colocan trampas en el exterior de la masa de granos, a las cuales se les pone algún tipo de atractivo (ej. grano). Las trampas están dotadas de un detector de movimiento y de un dispositivo de captura de imágenes (web cam). Cuando un insecto ingresa a la trampa y es detectado por el movimiento se toma una imagen. Esta imagen es enviada mediante sistema de comunicación inalámbrico a un servidor en el cual se instaló un software de reconocimiento de imágenes especialmente entrenado en reconocer insectos. La imagen arriba al servidor en donde se reconoce al insecto y se registra la trampa. El usuario dueño de la mercadería puede acceder a su base de datos de manera on-line y revisar la evolución de la población de insectos (cantidad y tipo de insectos) para, eventualmente, tomar decisiones de manejo más acertadas. Monitoreo y Control Secado con Aire Natural / Baja Temperatura El INTA, en colaboración con la empresa Relevar, desarrolló un novedoso sistema de secado en silo con aire natural / baja temperatura (AN/BT). Este sistema de secado, especialmente recomendado para el secado de granos de alto valor y que son sensibles a

6 los daños que producen los sistemas de secado tradicionales, tales como el maíz pisingallo, el maíz para molienda seca y arroz entre otros. El sistema está compuesto por un silo con piso plano, totalmente perforado, que garantiza una adecuada distribución del aire, un ventilador de gran capacidad, un quemador con llama variable y un controlador (Figura 8). El controlador tiene un sofisticado algoritmo que le permite aprovechar al máximo las condiciones climáticas y, cuando es necesario, enciente automáticamente el quemador y regula su temperatura. El usuario solo debe indicar la humedad inicial y la humedad final deseada y el sistema automáticamente llevará toda la masa de granos a una condición de humedad final a través de un secado muy suave y uniforme que garantiza la preservación de la calidad. Además de las mencionadas ventajas, este sistema es muy eficiente en cuanto al consumo de energía, tanto eléctrica como calórica. El sistema de secado inteligente también puede ser monitoreado y controlado a través de la web, por lo que el responsable de la operación de secado puede monitorear a ajustar las condiciones de funcionamiento desde cualquier lugar sin tener necesidad de acercarse al silo. Figura 8. Silo secador inteligente desarrollado por INTA para el secado de granos de calidad. Detalle del silo, ventilador, quemador y unidad de control con conexión remota. AireAr El INTA desarrolló una novedosa aplicación para el dimensionamiento y selección de ventiladores de aireación de granos denominada AireAr (Figura 9). La creación de esta aplicación intenta subsanar un déficit en las herramientas para el dimensionamiento y selección de ventiladores de aireación. Los agentes involucrados en el manejo de granos en la poscosecha a nivel nacional frecuentemente se encuentran sin las herramientas básicas de ingeniería que los pueden asistir en la hora de decidir la compra de un nuevo sistema de aireación. Otras veces, cuando se decide la ampliación de una instalación de acopio (silo), no se tiene certeza sobre el efecto de la ampliación en la performance del ventilador (ej: incrementar la altura del silo). Productores, acopiadores y amplios sectores de la agroindustria nacional compran sistemas de aireación que no terminan satisfaciendo los requerimientos de caudal de aire, sufriendo en consecuencia cuantiosas pérdidas de calidad de granos. AireAr también es una ayuda para los fabricantes y proveedores de sistemas de aireación, ya que ellos encontrarán en el AireAr una herramienta para mostrar a sus potenciales clientes las características de sus sistemas. Finalmente, los profesionales de la poscosecha de granos encontrarán en el AireAr una herramienta de ingeniería con la que

7 podrán brindarle un mejor asesoramiento a sus clientes. Recientemente el programa AireAr fue expandido para también incluir los cálculos relacionados al dimensionamiento de los conductos de distribución de aire en el interior de los silos y celdas, como así también para calcular las mermas físicas de peso de la mercadería ante cambios en el contenido de humedad. Al programa se puede acceder desde la siguiente página web: Figura 9. Arriba izq. Captura de la pantalla del programa airear. Der. Gráfico de caudal para diferentes alturas del silo seleccionado. Abajo izq. Diagrama de un sistema de conductos de aire para un silo. Der. Esquema de una celda y cálculo de las dimensiones de los conductos para las diferentes secciones de la misma. Atmósferas Modificadas El control de insectos y preservación de granos con atmósferas modificadas es una tecnología muy estudiada y de probada efectividad. Sin embargo, hasta el momento no se ha instalado como una alternativa real al control químico de insectos debido a la dificultad de generar un sistema lo suficientemente hermético que permita contener a los gases, a la necesidad de contar con sistemas sofisticados de control de inyección y mantenimiento, al costo, a la falta de ejemplos prácticos de implementación a gran escala entre otras

8 causas. Sin embargo, la creciente presión de los consumidores para tener alimentos cada vez más sanos e inocuos evitando el uso de insecticidas tradicionales, la presión para reducir el impacto ambiental del uso de agroquímicos, como así también al desarrollo reciente de materiales de sellado, sistemas de generación y sistemas de control de gases han creado nuevas oportunidades para esta tecnología. Silobolsas El INTA ha desarrollado una tecnología para la inyección de CO 2 en silobolsas con el objeto de controlar el 100% de los insectos plagas de granos almacenados (Figura 10). Para ello se arma un silobolsa en un terreno alisado y se hace un termosellado en ambos extremos. Se hace un test de hermeticidad en la bolsa y se verifica su aptitud para la inyección del gas. Luego se inyecta el gas hasta lograr una concentración cercana al 80%, la cual se mantiene durante unos 10 días sin tener que reponer el gas. En estos momento el INTA se encuentra refinando esta modalidad de control de insectos para hacerla más eficiente y obtener una alternativa de control para granos de alto valor, tales como maíz pisingallo, productos orgánicos, arroz, cebada, etc absolutamente libre de residuos de pesticidas. Figura 10. De izq a der. Termosellado de los extremos del silobolsa. Test de hermeticidad de la bolsa mediante la prueba de vacío. Sistema de inyección de CO 2 en un silobolsa. Silos y Celdas Hermetizadas La clave para la implementación de atmósferas controladas (AC) en silos y celdas de gran escala es la hermeticidad (Figura 11). Nuevos desarrollo de materiales con alta barrera a los gases (plásticos, selladores siliconados, etc) han permitido ampliar las posibilidades de implementación de las AC a gran escala. Existen además nuevos desarrollos que permiten la generación de N 2 de alta pureza en el mismo sitio de inyección a través del filtrado del aire ambiente (sistemas PSA), lo cual constituye una alternativa a la inyección de gases (N 2 o CO 2 ) a través de tanques y vaporizadores. Hoy en día la tecnología de control de insectos en base a AC se utiliza en silos, celdas, barcos, barcazas y contenedores en diferentes partes del mundo.

9 Figura 11. Arriba izq. Sistema PSA de generación de N 2 (Pressure Swing Absorption). Der. Tanque de con CO 2 líquido y vaporizador para inyectar gas en el interior de un silo. Abajo izq. Silos de cemento bajo tratamiento con atmósferas modificadas. Der. Barcaza con grano tratada con atmósfera modificada.